JP6465265B1 - 王冠用鋼板、王冠、および王冠用鋼板の製造方法 - Google Patents

王冠用鋼板、王冠、および王冠用鋼板の製造方法 Download PDF

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Abstract

質量%で、C:0.0060%超0.0100%以下、Si:0.05%以下、Mn:0.05%以上0.60%以下、P:0.050%以下、S:0.050%以下、Al:0.020%以上0.050%以下、N:0.0070%以上0.0140%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、板厚の1/4の深さから板厚中心までの領域にフェライト相を有し、前記フェライト相におけるフェライト粒径の標準偏差が7.0μm以下であり、また圧延方向における降伏強度が560MPa以上700MPa以下で、かつ圧延方向の2%ひずみ引張試験における降伏強度と170℃で20分の熱処理後の引張試験における降伏強度の差を25MPa以上とすることにより、成形性に優れ、かつ、薄肉化した場合であっても、軟質なライナーを用いることで、高い炭酸ガス含有量の飲料に適用できる十分な耐圧強度を備えた王冠を製造することができる王冠用鋼板を提供する。

Description

本発明は、王冠用鋼板に関し、特に、成形性に優れるとともに、炭酸ガス含有量の高い飲料においても十分な耐圧強度に優れる王冠を製造することができる王冠用鋼板に関する。
また、本発明は、前記王冠用鋼板を用いて作成された王冠、および前記王冠用鋼板の製造方法に関する。
清涼飲料水や酒類などの飲料用の容器には、ガラス瓶が多く用いられている。特に、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、高い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、王冠には耐圧強度が必要である。一般的に炭酸飲料の炭酸ガス含有量(GV)はビールより高いため、王冠が炭酸飲料に使用される場合には特に高い耐圧強度が求められる。
高GVの炭酸飲料が常温以上となる倉庫内で保管されると、場合によっては内圧が180psi(1.241MPa)以上と非常に高くなり、王冠が変形して内容物の漏洩を招く。そこで、内容物の漏洩を防止するため、主に樹脂製のライナーがシール材として王冠に貼付されており、瓶口と王冠の密着性を高めている。中でも高GVの炭酸飲料に用いられる王冠では、軟質なライナーを用いることで王冠の耐圧強度を向上させている。
しかし、軟質のライナーを用いることによる耐圧強度の向上には限界があるため、内圧が180psi(1.241MPa)以上と高くなる場合であっても王冠の変形を防ぐためには、王冠を製造するための素材として、高強度の鋼板を用いる必要がある。また、素材の強度が十分であっても、王冠に用いられる薄鋼板の材質均一性が低い場合には、王冠の形状が不揃いになって製品規格から外れるものが含まれることになる。王冠の形状が不良であると十分な密封性が得られない場合があるため、素材鋼板には材質均一性に優れていることも求められる。
王冠の素材となる薄鋼板としては、主にSR(Single Reduced)鋼板が用いられている。SR鋼板は、冷間圧延により鋼板を薄くした後に、焼鈍を施し、さらに調質圧延を行うことで製造される鋼板である。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。
しかしながら、近年、缶用鋼板と同様に、王冠用鋼板についても王冠の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、0.22mm未満、とりわけ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。耐圧強度を確保するためには、薄肉化に伴う強度の低下を補う必要があり、そのため、焼鈍後に再度冷間圧延を施して加工硬化させる、DR(Double Reduced)鋼板が用いられている。
また、王冠用鋼板から王冠を製造する際には、成形初期に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。ここで、王冠の素材が材質均一性の低い鋼板であると、王冠外径および王冠高さが不揃いになって製品規格から外れることがある。王冠外径および王冠高さが不揃いになって製品規格から外れるものがあると、大量に王冠を製造した際の歩留りが低下するといった問題がある。さらに、外径および高さが規格を外れた王冠は、瓶に打栓された後の輸送中に内容物の漏洩が生じ易く、蓋としての役割を果たさないといった問題もある。また、王冠の外径および高さが製品規格内であっても、鋼板強度が低い場合には、耐圧強度を高める役割のある軟質のライナーを王冠に貼付しても、耐圧強度不足により王冠が外れる可能性がある。
以上の点を踏まえ、例えば特許文献1では、質量%で、C:0.0010%〜0.0060%、Si:0.005〜0.050%、Mn:0.10%〜0.50%、Ti:0〜0.100%、Nb:0〜0.080%、B:0〜0.0080%、P:0.040%以下、S:0.040%以下、Al:0.1000%以下、N:0.0100%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなる成分組成を有する王冠用鋼板が提案されている。前記王冠用鋼板は、さらに、鋼板の圧延方向に対して25〜65°の方向におけるr値の最小値が1.80以上であり、かつ、前記圧延方向に対して0°以上360°未満の方向における前記r値の平均値が1.70以上であり、降伏強度が570MPa以上であることを特徴としている。
特許第6057023号公報
特許文献1に記載の鋼板では、0.0060%以下のCを含有した鋼を用い、二次冷間圧延におけるスタンド間張力と焼鈍温度を所定の関係とすることにより、所定の方向におけるr値を王冠加工に適した値としている。しかし、金属組織形成に影響を及ぼす熱間圧延工程を制御していないため、この方法で得られる鋼板では材質のばらつきが大きくなり、高い炭酸ガス含有量の飲料に対して実用に供するのは困難である。
本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであって、成形性に優れ、かつ、薄肉化した場合であっても、軟質なライナーを用いることで、高い炭酸ガス含有量の飲料に適用できる十分な耐圧強度を備える王冠を製造することができる王冠用鋼板を提供することを目的とする。
また本発明は、前記王冠用鋼板を用いて作成された王冠、および前記王冠用鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の要旨構成は、次のとおりである。
1.質量%で、
C :0.0060%超0.0100%以下、
Si:0.05%以下、
Mn:0.05%以上0.60%以下、
P :0.050%以下、
S :0.050%以下、
Al:0.020%以上0.050%以下、および
N :0.0070%以上0.0140%以下
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
板厚の1/4の深さから板厚中心までの領域にフェライト相を有し、前記フェライト相におけるフェライト粒径の標準偏差が7.0μm以下であり、
圧延方向における降伏強度が560MPa以上700MPa以下であり、
圧延方向の2%ひずみ引張試験における降伏強度と、170℃で20分の熱処理後の引張試験における降伏強度の差が25MPa以上である、王冠用鋼板。
2.板厚が0.20mm以下である、上記1に記載の王冠用鋼板。
3.上記1または2に記載の王冠用鋼板を成形してなる王冠。
4.超微小負荷硬さが0.70未満である樹脂製ライナーを有する、上記3に記載の王冠。
5.上記1または2に記載の王冠用鋼板の製造方法であって、
上記1に記載の成分組成を有する鋼スラブを、1200℃以上のスラブ加熱温度に加熱し、仕上圧延温度:870℃以上、最終スタンドの圧下率:10%以上の条件で熱間圧延したのち、巻取り温度:550〜750℃で巻取る熱間圧延工程と、
前記熱間圧延工程後に酸洗する酸洗工程と、
前記酸洗工程後に、圧下率:88%以上で冷間圧延する一次冷間圧延工程と、
前記一次冷間圧延工程後に、連続焼鈍する連続焼鈍工程と、
前記連続焼鈍工程後に、圧下率:10〜40%で冷間圧延を行う二次冷間圧延工程とを有し、
前記連続焼鈍工程においては、
660〜760℃の均熱温度まで、600℃から前記均熱温度までの温度域における平均加熱速度:15℃/s以下の条件で加熱し、
次いで、660〜760℃の温度域に60秒以下の保持時間保持し、
前記保持後、平均冷却速度:10℃/s以上で450℃以下の温度まで一次冷却し、
引き続き、平均冷却速度:5℃/s以上で140℃以下の温度まで二次冷却する、王冠用鋼板の製造方法。
本発明によれば、成形性に優れ、かつ、薄肉化した場合であっても、軟質なライナーを用いることで、高い炭酸ガス含有量の飲料に適用できる十分な耐圧強度を備えた王冠を製造することができる王冠用鋼板を提供することができる。
次に、本発明を実施する方法について具体的に説明する。
[成分組成]
本発明の一実施形態における王冠用鋼板は、上記成分組成を有することが重要である。そこで、まず本発明において王冠用鋼板の成分組成を上記のように限定する理由を説明する。なお、成分の説明における「%」は、特に断らない限り「質量%」を意味する。
C:0.0060%超0.0100%以下
C含有量が0.0060%以下であると、後述する二次冷間圧延後の鋼板のフェライトが粗大となって成形性が悪化し、成形した王冠外径および王冠高さが不均一となる。また、C含有量が0.0060%以下であると、圧延方向における2%ひずみ引張と再引張との降伏強度差が25MPa未満となり、軟質なライナーを併用しても高い耐圧強度が得られない。一方、C含有量が0.0100%超であると、二次冷間圧延後の鋼板のフェライトが微細となりすぎて鋼板強度が過剰に上昇して成形性が劣化し、成形した王冠外径および王冠高さが不均一となる。そのため、C含有量は0.0060%超0.0100%以下とする。好ましくは、C含有量は0.0065%以上0.0090%以下とする。
Si:0.05%以下
Si含有量が高すぎると、Cと同様の理由により、王冠外径および王冠高さの均一性が損なわれる。よって、Siの含有量は0.05%以下とする。また、過剰にSiを低下させることは製鋼コストの増大を招くため、Siの含有量は0.004%以上とすることが好ましい。
Mn:0.05%以上0.60%以下
Mn含有量が0.05%を下回ると、S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含有量が高すぎると、Cと同様の理由により、王冠外径および王冠高さの均一性が損なわれる。よって、Mnの含有量は0.60%以下とする。好ましくは、Mn含有量は0.10%以上0.50%以下である。
P:0.050%以下
P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。また、焼鈍後のフェライト粒径の標準偏差が7.0μm超となり、王冠高さが不均一となる。よって、P含有量の上限値は0.050%とする。また、P含有量を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含有量は0.001%以上とすることが好ましい。
S: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含有量は0.050%以下とする。一方、S含有量を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含有量は0.005%以上とすることが好ましい。
Al:0.020%以上0.050%以下
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0.020%未満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とともに製鋼コストが増大する。また、0.020%未満のAl量とすると、焼鈍でのフェライトの再結晶時に適切な量のAlNを確保できないため、焼鈍後のフェライト粒径の標準偏差が大きくなり、二次冷間圧延後の鋼板のフェライト粒径が粗大となり、成形した王冠外径および王冠高さが不均一となる。そのため、Al含有量は0.020%以上とする。Al含有量は0.030%以上とすることが好ましい。一方、Al含有量が0.050%超であると、AlNの形成が増加して、後述する固溶Nとして鋼板強度に寄与するN量が低減し、鋼板強度が低下する。そのため、Al含有量は0.050%以下とする。Al含有量は0.045%以下とすることが好ましい。
N:0.0070%以上0.0140%以下
N含有量が0.0070%未満であると、二次冷間圧延後の鋼板のフェライト粒径が粗大となり、成形した王冠外径および王冠高さが不均一となるとともに後述する固溶Nとして鋼板強度に寄与するN量が低減し、鋼板強度が低下する。さらに、圧延方向における2%ひずみ引張と再引張との降伏強度差が25MPa未満となり、軟質なライナーを併用しても高い耐圧強度が得られない。一方、N含有量が0.0140%超であると、二次冷間圧延後の鋼板のフェライト粒径が微細となりすぎて、成形した王冠外径および王冠高さが不均一となる。そのため、N含有量は0.0070%以上0.0140%以下とする。N含有量は、0.0085%以上0.0125%以下とすることが好ましく、0.0100%超0.0125%以下とすることがより好ましい。
本発明の一実施形態における王冠用鋼板の成分組成は、上記元素と、残部のFe及び不可避不純物からなるものとすることができる。
[金属組織]
本発明に係る王冠用鋼板の金属組織は、少なくとも、板厚の1/4の深さから板厚中心部までの領域にフェライト相を有し、前記フェライト相におけるフェライト粒径の標準偏差が7.0μm以下であることが肝要である。
王冠用鋼板の成形性を優れたものとするためには、板厚の1/4の深さから板厚中心部までの領域がフェライト相を有する金属組織とする必要がある。板厚の1/4の深さから板厚中心部までの領域における金属組織は、フェライト相を主体とし残部はセメンタイトであり、フェライト相は85体積%以上であることが好ましい。フェライト相を85体積%以上とすることにより、加工に伴うセメンタイトを起点とする破断が発生し難くなり、より優れた成形性を備える。
しかし、板厚の1/4の深さから板厚中心部までの領域にフェライト相を有している場合であっても、前記領域におけるフェライト粒径の標準偏差が7.0μmより大きいと成形性が悪化する。そしてその結果、成形後の王冠外径および王冠高さが不均一となり、耐圧強度が低下するとともに、王冠を製造する際の歩留りが低下する。そのため、前記領域におけるフェライト粒径の標準偏差を7.0μm以下とする。前記標準偏差は、6.5μm以下とすることが好ましい。一方、前記標準偏差は小さい方が好ましいため、下限は特に限定されないが、製造条件の変動等で5.0μm未満とすることは困難である。したがって、前記標準偏差は、5.0μm以上とすることが好ましい。
王冠用鋼板の金属組織は、光学顕微鏡を用いて撮影した組織写真を用いて評価することができる。具体的な手順は、次のとおりである。
まず、王冠用鋼板の圧延方向に平行な板厚断面を、板厚1/4深さ位置(上記断面における、表面から板厚方向に1/4の位置)から板厚1/2位置までの領域に渡って光学顕微鏡で観察して組織写真を得る。次いで、得られた組織写真を用いて、フェライトを目視判定により特定する。その後、前記組織写真を画像解析してフェライトの粒径を求め、各視野でフェライト粒径の粒度分布を求めて、標準偏差を算出する。10視野における標準偏差を平均した値をフェライト粒径の標準偏差とする。より具体的には、実施例に記載の方法で評価することができる。
なお、上記金属組織は、上述した成分組成を有する鋼スラブを素材として用い、後述する条件で王冠用鋼板を製造することによって得ることができる。
[降伏強度差]
本発明に係る鋼板の機械的性質として、圧延方向における2%ひずみ引張試験と熱処理後の引張試験との降伏強度差(以下、単に「降伏強度差」という場合がある)が25MPa以上であることが肝要である。すなわち、前記降伏強度差が25MPa未満であると、該鋼板を用いて多数の王冠を製造し、耐圧試験を行った場合に、耐圧強度の低い王冠が散見されることになり、王冠を製造する際の歩留りが低下する。そのため、前記降伏強度差は25MPa以上とする。前記降伏強度差は30MPa以上とすることが好ましい。
一方、前記降伏強度差の上限は特に限定されないが、降伏強度差が過度に大きいと、熱処理によって鋼板強度が過剰に上昇するために、王冠用に供した際に王冠の形状が不均一となる場合がある。また、多数の王冠を成形して耐圧試験に供した場合に、耐圧強度の低い王冠が散見されることになり、王冠を製造する際の歩留りが低下する場合がある。そのため、前記降伏強度差は50MPa以下とすることが好ましい。
前記降伏強度差は、「JIS G3135」に規定される塗装焼付硬化量(BH量)の試験方法に準じた方法で測定することができる。まず、王冠用鋼板から、該鋼板の圧延方向に平行にJIS5号サイズの引張試験片を採取する。次いで、前記試験片を用いて、「JIS G3135」に準じて引張試験を行って、2%予ひずみ荷重を測定する。すなわち、試験片に予ひずみ2%を与えて、そのときの荷重(2%予ひずみ荷重:P1)を読み取り、その後荷重を除去する。次いで、予ひずみを与えた試験片に170℃で20分の熱処理を施し、前記熱処理後に再度引張試験を実施して降伏荷重(熱処理後荷重:P2)を読み取る。BH量(MPa)は、P1、P2、および予ひずみ前の試験片平行部断面積(A)から、下記(1)式により算出することができる。得られたBH量を、圧延方向における2%ひずみ引張試験と熱処理後の引張試験との降伏強度差とする。
BH=(P2−P1)/A ・・・(1)
上述した条件を満足する降伏強度差は、上述した成分組成を有する鋼スラブを素材として用い、後述する条件で王冠用鋼板を製造することによって得ることができる。
[降伏強度]
以上の成分組成および組織を有する鋼板では、高い強度、具体的には560MPa以上の降伏強度を確保することができる。すなわち、王冠用鋼板には、王冠に用いた際に、瓶の口にかしめた王冠が内圧によって外れない耐圧強度を備えることが求められる。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、特に0.18mm以下とする薄肉化にあたっては、従来よりも高い強度が必要となる。
鋼板の降伏強度が560MPa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できない。そのため、王冠用鋼板の降伏強度は560MPa以上とする。より高い耐圧強度を確保するためには、降伏強度を600MPa以上とすることが好ましい。一方、降伏強度が高すぎると王冠成形時に王冠高さが低くなり王冠形状が不均一となるため、降伏強度は700MPa以下とする。降伏強度は、680MPa以下とすることがより好ましい。なお、ここで、前記降伏強度は、王冠用鋼板の圧延方向における降伏強度を指すものとする。前記降伏強度は「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。
[板厚]
上記王冠用鋼板の板厚は特に限定されず、任意の厚さとすることができる。しかし、コストダウンの観点からは、板厚を0.20mm以下とすることが好ましく、0.18mm以下とすることがより好ましく、0.17mm以下とすることがさらに好ましい。なお、板厚が0.14mmを下回ると、製造コスト面での不利が生じるので、板厚の下限は0.14mmとすることが好ましい。
本発明の一実施形態における王冠用鋼板は、その一方または両方の表面に、任意に化成処理層、めっき層、および塗膜の少なくとも1つを備えることができる。前記めっき層としては、例えば、錫めっき層、クロムめっき層、ニッケルめっき層など、任意のめっき皮膜を用いることができる。また、前記塗膜としては、例えば、印刷塗装、接着ニス等の塗膜を用いることができる。
[製造方法]
次に、本発明の一実施形態における王冠用鋼板の製造方法について説明する。なお、以下の説明において、温度の規定は鋼板の表面温度を基準とする。また、平均加熱速度および平均冷却速度は、鋼板の表面温度を基に計算して得られた値とする。
本発明の一実施形態における王冠用鋼板は、上述した成分組成を有する鋼スラブに対して、下記(1)〜(5)の工程を、順次施すことによって製造することができる。
(1)熱間圧延工程
(2)酸洗工程
(3)一次冷間圧延工程
(4)連続焼鈍工程
(5)二次冷間圧延工程
[鋼スラブ]
まず、上記の成分組成に調整した鋼を転炉などで溶製し、鋼スラブを製造する。前記鋼スラブは、特に限定されることなく、連続鋳造法、造塊法、薄スラブ鋳造法など、任意の方法で製造することができるが、成分のマクロ偏析を防止するために連続鋳造法で製造することが好ましい。
[熱間圧延工程]
次に、前記鋼スラブを熱間圧延工程に供する。前記熱間圧延工程では、前記鋼スラブを加熱し、加熱された前記鋼スラブに粗圧延と仕上圧延からなる熱間圧延を施して熱延鋼板とし、前記仕上圧延後の熱延鋼板をコイルに巻取る。
(加熱)
スラブ加熱温度:1200℃以上
前記加熱においては、前記鋼スラブを1200℃以上のスラブ加熱温度まで再加熱する。前記スラブ加熱温度が1200℃未満であると、強度を確保するために必要な固溶N量が減少し、強度が不足する。そのため、スラブ加熱温度は1200℃以上とする。
なお、本発明の鋼組成では、鋼中Nは主にAlNとして存在すると考えられる。そのため、Nの総量(Ntotal)からAlNとして存在するN量(N as AlN)を差し引いた(Ntotal−(N as AlN))を固溶N量と見なすことができる。圧延方向の降伏強度を560MPa以上とするためには、固溶N量は0.0071%以上であることが好ましく、前記固溶N量はスラブ加熱温度を1200℃以上とすることで確保することができる。より好ましい固溶N量は0.0090%以上であり、そのためにはスラブ加熱温度を1220℃以上とするとよい。一方、スラブ加熱温度の上限は1300℃超としても効果が飽和するため、1300℃以下とすることが好ましい。
(仕上圧延)
仕上圧延温度:870℃以上
熱間圧延工程の仕上げ温度が870℃未満となると、鋼板のフェライトの一部が細かくなり、フェライト粒径の標準偏差が7.0μm超となって成形性が悪化し、王冠用に供した場合に、王冠形状が不均一となるため870℃以上とする。一方、必要以上に仕上げ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、仕上げ圧延温度は870℃以上950℃以下の温度範囲内とすることが好ましい。
最終スタンド圧下率:10%以上
熱間圧延工程における最終スタンドの圧下率は10%以上とする。最終スタンドの圧下率が10%未満であると、鋼板のフェライトの一部が粗大化し、フェライト粒径の標準偏差が7.0μm超となって成形性が悪化する。そしてその結果、王冠用に供した場合に王冠形状が不均一となる。したがって、最終スタンドの圧下率は10%以上とする。フェライト粒径の標準偏差をより小さくするためには、最終スタンドの圧下率を12%以上とすることが好ましい。一方、最終スタンドの圧下率の上限は特に限定されないが、圧延荷重の観点からは15%以下とすることが好ましい。
巻取温度:550〜750℃
熱間圧延工程の巻取温度が550℃未満であると、鋼板のフェライトの一部が細かくなり、フェライト粒径の標準偏差が7.0μm超となって成形性が悪化する。そしてその結果、王冠用に供した場合に王冠形状が不均一となる。そのため、巻取温度は550℃以上とする。一方、巻取温度が750℃より高いと、鋼板のフェライトの一部が粗大化し、フェライト粒径の標準偏差が7.0μm超となって、王冠形状が不均一となる。そのため、巻取温度は750℃以下とする。巻取り温度は600℃以上700℃以下とすることが好ましい。
[酸洗工程]
次いで、上記熱間圧延工程後の熱延鋼板を酸洗する。酸洗により、前記熱延鋼板の表面の酸化スケールを除去することができる。酸洗条件は特に限定されず、常法に従って適宜設定すればよい。
次いで、上記酸洗後の熱延鋼板に対し、冷間圧延を施す。前記冷間圧延は、連続焼鈍を挟む2回に分けて行う。
[一次冷間圧延工程]
圧下率:88%以上
まず、上記酸洗後の熱延鋼板に対して一次冷間圧延を施す。一次冷間圧延工程の圧下率は88%以上とする。一次冷間圧延工程の圧下率が88%未満であると、冷間圧延で鋼板に付与されるひずみが低下するため、連続焼鈍工程における再結晶が不均一となり、フェライト粒径の標準偏差が7.0μm超となる。その結果、成形性が悪化し、王冠用に供した場合に王冠形状が不均一となる。そのため、一次冷間圧延工程の圧下率は88%以上とする。前記圧下率は、89〜94%とすることが好ましい。
[連続焼鈍工程]
次に、一次冷間圧延板に、連続焼鈍を行う。前記連続焼鈍工程においては、一次冷間圧延工程後の鋼板を均熱温度まで加熱し、660〜760℃の温度域に所定時間保持した後、一次冷却および二次冷却を行う。その際の条件は、以下のとおりとする。
均熱温度:660〜760℃
上記連続焼鈍工程における均熱温度(焼鈍温度)が760℃超であると、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る。また、鋼板のフェライト粒径が一部粗大化し、フェライト粒径の標準偏差が7.0μm超となり、王冠形状が不均一となる。一方、均熱温度が660℃未満であると、再結晶が不完全となるため、鋼板のフェライト粒径が一部細かくなる。そしてその結果、フェライト粒径の標準偏差が7.0μm超となり、王冠形状が不均一となる。したがって、均熱温度は、660〜760℃とする。均熱温度は、680〜730℃とすることが好ましい。
600℃から均熱温度までの平均加熱速度:15℃/s以下
600℃から前記均熱温度までの平均加熱速度が15℃/s超であると、鋼板の圧延方向における降伏強度さ(BH量)が25MPa未満となる。そしてその結果、該鋼板を用いて高GVの炭酸飲料用の王冠を多数製造した場合に、耐圧強度の低い王冠が散見されることになり、王冠を製造する際の歩留りが低下する。そのため、前記平均加熱速度を15℃/s以下とする。前記平均加熱速度は、10℃/s未満とすることが好ましい。一方、前記平均加熱速度が1℃/sより低くしても、効果が飽和するばかりか、加熱設備に過剰なコストが発生する。そのため、前記平均加熱速度は1℃/s以上とすることが好ましく、2℃/s以上とすることがより好ましい。
保持時間:60秒以下
660〜760℃の温度域に保持する保持時間(均熱時間)は60秒以下とする。前記保持時間が60秒を超えると、鋼板に含有するCがフェライト粒界へ偏析して、均熱後の冷却過程で炭化物として析出する。そしてその結果、鋼板強度に寄与する固溶C量が減少し、降伏強度が低下する。そのため、前記保持時間は60秒以下とする。一方、前記保持時間の下限は特に限定されないが、保持時間が5秒未満であると、均熱帯のロールを鋼板が通板する際の安定性が損なわれる場合があるため、保持時間を5秒以上とすることが好ましい。
一次冷却平均速度:10℃/s以上
前記均熱後、10℃/s以上の平均冷却速度で450℃以下の温度(一次冷却停止温度)まで冷却する(一次冷却)。前記一次冷却における平均冷却速度(一次冷却平均速度)が10℃/s未満であると、冷却中に炭化物析出が促進されて、鋼板強度に寄与する固溶C量が減少し、降伏強度が低下する。そのため、前記一次冷却平均速度を10℃/s以上とする。一方、前記一次冷却平均速度が50℃/s超であると上記の効果が飽和するため、一次冷却平均速度は50℃/s以下とすることが好ましい。
一次冷却停止温度:450℃以下
前記一次冷却における冷却停止温度(一次冷却停止温度)が450℃より高いと、一次冷却後に炭化物析出が促進されて、鋼板強度に寄与する固溶C量が減少し、降伏強度が低下する。そのため、前記一次冷却停止温度を450℃以下とする。一方、前記一次冷却停止温度の下限は特に限定されないが、一次冷却停止温度が300℃未満であると、炭化物析出抑制効果が飽和するばかりか、通板する際の鋼板形状が劣化してトラブルが発生するおそれがある。そのため、前記一次冷却停止温度は300℃以上とすることが好ましい。
二次冷却平均速度:5℃/s以上
前記一次冷却後、5℃/s以上の平均冷却速度で140℃以下の温度(二次冷却停止温度)まで冷却する(二次冷却)。前記二次冷却における平均冷却速度(二次冷却平均速度)が5℃/s未満であると、鋼板強度に寄与する固溶C量が減少し、降伏強度が低下する。そのため、前記二次冷却平均速度を5℃/s以上とする。一方、前記二次冷却平均速度が30℃/s超であると、効果が飽和するばかりか、冷却設備に過剰なコストが発生する。そのため、前記二次冷却平均速度は30℃/s以下とすることが好ましく、25℃/s以下とすることがより好ましい。
二次冷却停止温度:140℃以下
前記二次冷却における冷却停止温度(二次冷却停止温度)が140℃超であると、鋼板強度に寄与する固溶C量が減少し、降伏強度が低下する。そのため、前記二次冷却停止温度は140℃以下とする。一方、前記二次冷却停止温度の下限は特に限定されないが、二次冷却停止温度が100℃未満であると、効果が飽和するばかりか、冷却設備に過剰なコストが発生する。そのため、前記二次冷却停止温度は100℃以上とすることが好ましく、120℃以上とすることがより好ましい。
[二次冷間圧延工程]
圧下率:10〜40%
本発明においては、上記連続焼鈍後に二回目の冷間圧延(二次冷間圧延)を行うことによって高い降伏強度を得ることができる。その際、前記二次冷間圧延の圧下率が10%未満であると、十分な降伏強度が得られない。一方、二次冷間圧延の圧下率が40%を超えると、異方性が過大となり、例えば王冠用に供した場合に王冠形状の均一性を損なう。そのため、二次冷間圧延の圧下率は10%以上40%以下とする。前記圧下率は15%超35%以下とすることが好ましい。
上記のようにして得た冷延鋼板に、その後、必要に応じて、表面処理(例えば、化成処理とめっき処理の一方または両方)を施して表面処理鋼板とすることができる。前記化成処理としては、例えば、電解クロム酸処理などを用いることができる。また、前記めっき処理の方法は特に限定されないが、例えば、電気めっきを用いることができる。前記めっき処理としては、例えば、錫めっき、クロムめっき、ニッケルめっき等が上げられる。また、上記のようにして得た冷延鋼板またはめっき鋼板の上に、さらに任意に印刷塗装、接着ニス等の塗膜を形成することもできる。なお、めっき等の表面処理層の膜厚は、板厚に対して十分に小さいので、鋼板の機械特性への影響は無視できるレベルである。
[王冠]
本発明の一実施形態における王冠は、上記王冠用鋼板を成形することによって得ることができる。より具体的には、上記王冠用鋼板からなる金属部分と、該金属部分の内側に積層された樹脂製ライナーとからなる王冠とすることが好ましい。前記金属部分は、瓶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構成される。また、前記樹脂製のライナーは、前記円盤状の部分に貼付される。
前記王冠は、例えば、前記王冠用鋼板を円形のブランクに打ち抜き、プレス成形により成形した後、ライナーを融着させることによって製造することができる。前記ライナーの熱融着は、例えば、溶融した樹脂を王冠の内容物に接する側の円盤状部分に滴下し、ライナー形状の型を押し付けることによりライナーを成形すると同時に鋼板に熱融着させることで行うことができる。また、前記王冠用鋼板を円形のブランクに打ち抜き、プレス成形により成形した後、あらかじめ瓶口に密着しやすい形状に成形した樹脂を接着剤等で王冠の内容物に接する側の円盤状部分に貼付してもよい。
前記樹脂製ライナーに用いる樹脂としては、軟質の樹脂を用いる。かような軟質樹脂としては、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィン、ポリスチレンなどが例示される。
前記樹脂製ライナーは、超微小負荷硬さ(HTL)が0.70未満であることが好ましい。超微小負荷硬さが0.70未満であるライナーは軟質であるため、瓶口との密着性に優れている。そのため、超微小負荷硬さが0.70未満である樹脂製ライナーを用いることにより、王冠の耐圧強度をさらに向上させることができる。
前記超微小負荷硬さは、「JIS Z2255」(2003)に記載の方法に従って測定することができる。前記測定においては、樹脂製ライナーが鋼板に貼付された状態で王冠から切り出した試験片を用いる。超微小負荷硬さは、ダイナミック微小硬度計を用いて負荷−除荷試験を実施し、試験力P(mN)および得られた最大押し込み深さ:D(μm)を用いて、下記(2)式により算出することができる。前記超微小負荷硬さは、より具体的には実施例に記載した方法で測定することができる。
HTL=3.858×P/D ・・・(2)
本発明の王冠は、材質均一性に優れた鋼板から製造されるので、高GVの炭酸飲料の王冠として用いる場合、薄肉化しても王冠としての耐圧強度に優れている。また、本発明の王冠用鋼板から得られる王冠は、王冠外径および王冠高さの均一が優れているため、王冠製造工程での歩留りが向上し、王冠製造に伴う廃棄物の排出量を減らす効果を有する。
次に、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例は、本発明の好適な一例を示すものであり、本発明は、該実施例によって何ら限定されるものではない。
(実施例1)
まず、鋼板の成分組成の影響を評価するために、以下の試験を行った。
表1に示す成分組成を有す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。得られた鋼スラブに対して、表2に示す条件で、熱間圧延工程、酸洗工程、一次冷間圧延工程、連続焼鈍工程、および二次冷間圧延工程における処理を順次施すことにより、表3に示す板厚の鋼板を製造した。
その後、得られた鋼板の表面に電解クロム酸処理を連続的に施して、王冠用鋼板としてのティンフリースチールを得た。
次に、得られた王冠用鋼板のそれぞれについて、フェライト粒径の標準偏差、降伏強度、降伏強度差、固溶N量、および成形性を評価した。各項目の評価方法は以下のとおりとした。
(フェライト粒径の標準偏差)
光学顕微鏡を使用して王冠用鋼板の組織写真を撮影し、得られた組織写真から、板厚の1/4の深さから板厚中心までの領域におけるフェライト粒径の標準偏差を求めた。具体的な手順は、次のとおりとした。まず、王冠用鋼板の圧延方向に平行な板厚断面を、研磨した後、腐食液(3体積%ナイタール)で腐食した。次いで、前記断面の板厚1/4深さ位置(上記断面における、表面から板厚方向に1/4の位置)から板厚1/2位置までの領域から無作為に選んだ10視野を、光学顕微鏡を用いて400倍の倍率で観察して組織写真を得た。得られた組織写真を用いて、フェライトを目視判定により特定し、画像解析によりフェライト粒径を求めた。その後、各視野でフェライト粒径の粒度分布を求めて、標準偏差を算出した。前記10視野における標準偏差を平均した値をフェライト粒径の標準偏差とした。前記画像解析は、オリンパス株式会社製の画像解析ソフトウェア 「Stream Essentials」を使用した。
(降伏強度)
上記王冠用鋼板に対し、塗装焼付け相当の熱処理(210℃、15分間)を施した後、引張試験を行って、前記王冠用鋼板の、圧延方向における降伏強度を測定した。前記引張試験は、JIS5号サイズの引張試験片を用いて、「JIS Z 2241」に従って行った。なお、前記熱処理は、王冠用鋼板の成分組成に影響しない。
(降伏強度差)
上記王冠用鋼板の、2%ひずみ引張試験と熱処理後の引張試験との間での、圧延方向における降伏強度の差(降伏強度差)を、「JIS G3135」に規定される塗装焼付硬化量(BH量)の試験方法に準じた方法で求めた。まず、前記王冠用鋼板から、該鋼板の圧延方向に平行にJIS5号サイズの引張試験片を採取した。次いで、前記試験片を用いて、「JIS G3135」に準じて引張試験を行って、2%予ひずみ荷重を測定した。すなわち、試験片に予ひずみ2%を与えて、そのときの荷重(2%予ひずみ荷重:P1)を読み取り、その後荷重を除去した。次いで、予ひずみを与えた前記試験片に170℃で20分の熱処理を施し、前記熱処理後に再度引張試験を実施して降伏荷重(熱処理後荷重:P2)を読み取った。P1、P2、および予ひずみ前の試験片平行部断面積(A)を用いて、下記(1)式によりBH量(MPa)を算出した。得られたBH量を、圧延方向における2%ひずみ引張試験と熱処理後の引張試験との降伏強度差とした。
BH=(P2−P1)/A ・・・(1)
(固溶N量)
上述したように、本発明の鋼組成では、鋼中Nは主にAlNとして存在すると考えられる。そこで、Nの総量(Ntotal)からAlNとして存在するN量(N as AlN)を差し引いた値(Ntotal−(N as AlN))を算出し、これを固溶N量とした。AlNとして存在するN量は、試料を10%Brメタノール溶液で溶解し、残渣を分析することにより求めた。
(成形性)
得られた王冠用鋼板を以下に述べる手順で王冠に成形し、前記王冠用鋼板の成形性を評価した。まず、塗装焼付け相当の熱処理(210℃、15分間)を施した前記王冠用鋼板を打ち抜いて、直径37mmの円形ブランクを作成した。前記円形ブランクを、プレス加工して、各王冠用鋼板について20個(N=20)の王冠を成形した。王冠の高さ(王冠天面からスカート下端までの距離)を、マイクロメータを用いて測定し、N=20の王冠高さの標準偏差を算出した。前記標準偏差の値(mm)を成形性の指標とした。なお、前記標準偏差が0.09mm以下であれば王冠形状が優れており、0.09mmを超える場合は劣っているといえる。
成形された王冠の、円盤状部分の内側に樹脂製ライナーを貼付し、樹脂製ライナーを備える王冠を作成した。前記樹脂製ライナーとしては、超微小負荷硬さが0.70未満である、種々の樹脂からなる軟質ライナーを使用した。得られた王冠のそれぞれについて、以下に述べる手順で耐圧強度およびライナーの超微小負荷硬さを評価した。
(耐圧強度)
上記王冠を市販瓶に打栓し、Secure Pak社製Secure Seal Testerを用いて王冠が外れる内圧を測定し、王冠が外れた内圧を耐圧強度とした。各20個の王冠に耐圧試験を実施して、耐圧強度が180psi(1.241MPa)以上である王冠の数が18個以上であった場合を合格(○)、耐圧強度が180psi(1.241MPa)以上である王冠の数が18未満の場合を不合格(×)とした。
(超微小負荷硬さ)
ライナーの超微小負荷硬さを、「JIS Z2255」(2003)に記載の方法に従って測定した。前記測定においては、樹脂製ライナーが鋼板に貼付された状態で王冠から切り出した試験片を用いた。前記試験片を、水平出しをした状態で鋼板側をエポキシ樹脂で接着固定し、ダイナミック微小硬度計(DUH−W201S、島津製作所製)を用いて負荷−除荷試験を実施して超微小負荷硬さを測定した。
測定条件は、試験力P:0.500mN、負荷速度:0.142mN/秒、保持時間:5秒、温度:23±2℃、湿度:50±5%とし、稜間角115°のダイヤモンド製三角すい圧子を使用した。超微小負荷硬さHTLは、試験力P(mN)および得られた最大押し込み深さ:D(μm)を用いて、下記(2)式により算出した。測定は10点で実施し、相加平均値をライナーの超微小負荷硬さとした。
HTL=3.858×P/D ・・・(2)
(総合評価)
上記成形性の試験におけるN=20の王冠高さの標準偏差が0.09mm以下であり、かつ上記耐圧強度の試験における評価結果が合格(○)であった場合を総合評価○とし、前記条件の一方または両方を満たさない場合を総合評価×とした。
Figure 0006465265
Figure 0006465265
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各項目の評価結果は表3に示したとおりであった。この結果から分かるように、本発明の要件を満たすNo.1〜22の鋼板は、圧延方向の降伏強度が560MPa以上、かつ王冠高さの標準偏差が0.09mm以下であり、王冠成形性が良好であった。これに対して、本発明の要件を満たさないNo.23〜25の鋼板は、Cの含有量が多すぎるため、フェライト粒径の標準偏差が7.0μm超となり、その結果、王冠高さの標準偏差が0.09mm超と、王冠成形性が劣っていた。
No.26〜28の鋼板は、Cの含有量が少なすぎるため、フェライト粒径の標準偏差が7.0μm超となり、その結果、王冠高さの標準偏差が0.09mm超と、王冠成形性が劣っていた。さらに、降伏強度差が25MPa未満となり、耐圧強度が劣っていた。
No.29の鋼板は、Mnの含有量が多すぎるため、フェライト粒径の標準偏差が7.0μm超となり、その結果、王冠高さの標準偏差が0.09mm超と、王冠成形性が劣っていた。
No.30の鋼板は、Alの含有量が多すぎるため、AlNの形成が増加して、固溶Nとして鋼板強度に寄与するN量が減少し、その結果、鋼板強度が低下し、耐圧強度が劣っていた。
No.31の鋼板では、Alの含有量が少なすぎるため、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とともに製鋼コストが増大する。また、焼鈍でのフェライトの再結晶時に適切な量のAlNを確保できないため、焼鈍後のフェライト粒径の標準偏差が大きくなり、二次冷間圧延後の鋼板のフェライト粒径が粗大となり、フェライト粒径の標準偏差が7.0μm超であった。そしてその結果、王冠高さの標準偏差が0.09mm超と、王冠成形性が劣っていた。
No.32〜34の鋼板は、Nの含有量が多すぎるため、二次冷間圧延後の鋼板のフェライト粒径が微細となり、フェライト粒径の標準偏差が7.0μm超となり、その結果、王冠高さの標準偏差が0.09mm超と、王冠成形性が劣っていた。
No.35〜37の鋼板は、Nの含有量が少なすぎるため、鋼板のフェライト粒径が粗大となり、フェライト粒径の標準偏差が7.0μm超となり、その結果、王冠高さの標準偏差が0.09mm超と、王冠成形性が劣っていた。また、固溶Nとして鋼板強度に寄与するN量が少なくなるため、鋼板強度が低下し、さらに降伏強度差が25MPa未満となり、耐圧強度が劣っていた。
No.38の鋼板は、Pの含有量が多すぎるため、フェライト粒径の標準偏差が7.0μm超となり、王冠高さの標準偏差が0.09mm超と、王冠成形性が劣っていた。
(実施例2)
次に、製造条件の影響を評価するために、以下の試験を行った。
表1に示す鋼No.5、9、18、21、28、29、31の成分組成を有す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。得られた鋼スラブに対して、表4に示す条件で、熱間圧延工程、酸洗工程、一次冷間圧延工程、連続焼鈍工程、および二次冷間圧延工程における処理を順次施すことにより、表5に示す板厚の鋼板を製造した。
その後、得られた鋼板に通常のCrめっきを連続的に施して、王冠用鋼板としてのティンフリースチールを得た。
次に、得られた王冠用鋼板のそれぞれについて、フェライト粒径の標準偏差、降伏強度、降伏強度差、固溶N量、成形性、耐圧強度、およびライナーの超微小負荷硬さを、実施例1と同様の方法で評価した。
Figure 0006465265
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各項目の評価結果は表5に示したとおりであった。この結果から分かるように、本発明の要件を満たすNo.39、42、44、46、47、51〜54、57、58、62、63、65、68、69の鋼板は、圧延方向の降伏強度が560MPa以上、かつ王冠高さの標準偏差が0.09mm以下であり、王冠成形性が良好であり、耐圧強度が良好であった。一方、比較例であるNo.40、48、49、60、61、67、70の鋼板は、スラブ加熱温度、均熱保持時間、一次冷却平均速度、二次冷間圧下率、二次冷却平均速度、一次冷却停止温度、二次冷却停止温度の少なくとも1つが本発明の範囲を外れるため、圧延方向の降伏強度が低下することが分かった。
比較例である鋼板No.55の鋼板は、二次冷間圧下率が高すぎるため、鋼板の異方性が大きくなり、王冠高さの標準偏差が0.09mm超となり王冠成形性が劣っていた。
比較例であるNo.52、57、66の鋼板は、平均加熱速度が高すぎるため、降伏強度差が25MPa未満となり、耐圧強度が劣っていた。
比較例であるNo.71〜76の鋼板は、成分組成が本発明の範囲外であり、二次冷却平均速度、二次冷却停止温度、二次冷間圧下率の何れかが本発明範囲外であるため、圧延方向の降伏強度が低いことに加え、フェライト粒径の標準偏差が7.0μm超となり、王冠高さの標準偏差が0.09mm超と、王冠成形性が劣っていた。

Claims (5)

  1. 質量%で、
    C :0.0060%超0.0100%以下、
    Si:0.05%以下、
    Mn:0.05%以上0.60%以下、
    P :0.050%以下、
    S :0.050%以下、
    Al:0.020%以上0.050%以下、および
    N :0.0070%以上0.0140%以下
    を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
    板厚の1/4の深さから板厚中心までの領域にフェライト相を有し、前記フェライト相におけるフェライト粒径の標準偏差が7.0μm以下であり、
    圧延方向における降伏強度が560MPa以上700MPa以下であり、
    圧延方向の2%ひずみ引張試験における降伏強度と、170℃で20分の熱処理後の引張試験における降伏強度の差が25MPa以上である、王冠用鋼板。
  2. 板厚が0.20mm以下である、請求項1に記載の王冠用鋼板。
  3. 請求項1または2に記載の王冠用鋼板を成形してなる王冠。
  4. 超微小負荷硬さが0.70未満である樹脂製ライナーを有する、請求項3に記載の王冠。
  5. 請求項1または2に記載の王冠用鋼板の製造方法であって、
    請求項1に記載の成分組成を有する鋼スラブを、1200℃以上のスラブ加熱温度に加熱し、仕上圧延温度:870℃以上、最終スタンドの圧下率:10%以上の条件で熱間圧延したのち、巻取り温度:550〜750℃で巻取る熱間圧延工程と、
    前記熱間圧延工程後に酸洗する酸洗工程と、
    前記酸洗工程後に、圧下率:88%以上で冷間圧延する一次冷間圧延工程と、
    前記一次冷間圧延工程後に、連続焼鈍する連続焼鈍工程と、
    前記連続焼鈍工程後に、圧下率:10〜40%で冷間圧延を行う二次冷間圧延工程と
    を有し、
    前記連続焼鈍工程においては、
    660〜760℃の均熱温度まで、600℃から前記均熱温度までの温度域における平均加熱速度:15℃/s以下の条件で加熱し、
    次いで、660〜760℃の温度域に60秒以下の保持時間保持し、
    前記保持後、平均冷却速度:10℃/s以上で450℃以下の温度まで一次冷却し、
    引き続き、平均冷却速度:5℃/s以上で140℃以下の温度まで二次冷却する、王冠用鋼板の製造方法。
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