JP6503578B2 - 缶用鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、食品や飲料品等の容器材料として用いられる缶用鋼板およびその製造方法に関する。
近年、スチール缶のコスト削減の観点から、スチール缶用鋼板の薄肉化が進められている。鋼板の板厚を低減しつつ、内容物の加熱殺菌処理等における缶の外部からかかる圧力の増加による缶胴部の変形、座屈を防止するため、缶体パネリング強度を向上させた鋼板の開発が求められている。
缶の座屈は弾性変形により発生するため、従来は素材のヤング率を高め、缶体パネリング強度を向上させることで、座屈を回避できると考えられてきた。
例えば、特許文献１には、極低炭素鋼の熱延板を８５％以上の圧延率で冷延し、再結晶温度以上７８０℃以下の温度で焼鈍を行い、強い集合組織を形成させ、圧延方向および圧延方向から９０°方向のヤング率を高めることにより缶胴部の座屈強度（パネリング強度）を向上させる方法が開示されている。
また、特許文献２には、極低炭素鋼の熱延板を８７％以上の圧延率で冷延し、強い集合組織を形成させ、圧延方向に対して０°、４５°、９０°方向のヤング率を高めることにより缶胴部の座屈強度（パネリング強度）を上げる方法が開示されている。
しかしながら、特許文献１に記載の技術によって得られた鋼板は、異方性が大きくなりやすく、缶胴部の周方向板厚分布が不均一になり、絞り加工のときに、缶胴部が破胴しやすくなるという問題があった。
また、特許文献２に記載の技術によって得られた鋼板は、薄肉化した際の強度を確保することについては考慮されていない。この鋼板は、軟質の極低炭素鋼を用いており、板厚が薄い場合、缶底部の強度が低くなるため、運送中に缶が変形し、破損する可能性があった。
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、板厚が極薄の場合でも、缶胴部が座屈変形しにくく、缶底部の機械的強度が高い缶用鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するためには、本発明者らは、鋼板の高ヤング率化だけでは十分ではないことに着目した。また、成形時に発生する異方性はできる限り小さいことが望ましいことにも着目した。異方性が大きくなるほど、｜Δｒ｜が大きくなり、成形後の缶円周方向の缶高さが不揃いになるので、缶胴部の板厚が不均一になり、パネリング強度が低下し、座屈変形しやすくなる。また、極低炭素鋼は、炭素が少ないため軟質であり、特に板厚が薄い場合、缶底部の機械的強度が低くなり、パネリング強度が高くても、缶が変形し、破損する可能性があることにも着目した。
以上より、Ｔｉ、Ｎｂ添加の成分組成、熱間圧延における仕上げ温度、巻取り温度、冷間圧延の圧下率、冷間圧延中のライン張力、焼鈍温度、調質圧延の圧下率を最適化することで、缶胴部が座屈変形しにくくなり、缶底部の機械的強度が高い鋼板を製造することができることを知見し、本発明を完成するに至った。本発明の要旨は次のとおりである。
［１］質量％で、
Ｃ：０．０１００％以下、Ｓｉ：０．０１〜０．１０％、Ｍｎ：０．１０〜１．００％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｎ：０．００５０％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ａｌ：０．０２〜０．１０％を含有し、
さらに、Ｎｂ：０．０１〜０．１０％および／またはＴｉ：０．０１〜０．２０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる缶用鋼板であり、
フェライト組織を有し、
フェライト結晶粒径のアスペクト比が１．１〜２．０であり、
以下の式（１）で表される（（１１１）＜１−１０＞方位の集積度＋（１１１）＜−１−１２＞方位の集積度）に対する（００１）＜１−１０＞方位の集積度の比（ｆ）が０．３０以下、
以下の式（２）で表される平均ヤング率（Ｅａｖｅ）が２１０ＧＰａ以上、
ロックウェル硬度（ＨＲ３０Ｔ）が５０以上、
以下の式（３）で表される｜Δｒ｜が０．５０以下であることを特徴とする缶用鋼板。
Ｃ：０．０１００％以下、Ｓｉ：０．０１〜０．１０％、Ｍｎ：０．１０〜１．００％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｎ：０．００５０％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ａｌ：０．０２〜０．１０％を含有し、
さらに、Ｎｂ：０．０１〜０．１０％および／またはＴｉ：０．０１〜０．２０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる缶用鋼板であり、
フェライト組織を有し、
フェライト結晶粒径のアスペクト比が１．１〜２．０であり、
以下の式（１）で表される（（１１１）＜１−１０＞方位の集積度＋（１１１）＜−１−１２＞方位の集積度）に対する（００１）＜１−１０＞方位の集積度の比（ｆ）が０．３０以下、
以下の式（２）で表される平均ヤング率（Ｅａｖｅ）が２１０ＧＰａ以上、
ロックウェル硬度（ＨＲ３０Ｔ）が５０以上、
以下の式（３）で表される｜Δｒ｜が０．５０以下であることを特徴とする缶用鋼板。
Ｅａｖｅ＝（Ｅ０＋Ｅ９０＋２Ｅ４５）／４ ・・・（２）
ここで、Ｅ０、Ｅ９０、Ｅ４５：圧延方向に対してそれぞれ０°、４５°、９０°方向のヤング率である。
｜Δｒ｜＝｜（ｒ０＋ｒ９０−２ｒ４５）／２｜ ・・・（３）
ここで、ｒ０、ｒ９０、ｒ４５：圧延方向に対してそれぞれ０°、４５°、９０°方向のランクフォード値である。
［２］フェライト平均結晶粒径が３．０〜１５．０μｍであり、前記平均ヤング率が２１５ＧＰａ以上、前記｜Δｒ｜が０．４０以下であることを特徴とする前記［１］に記載の缶用鋼板。
［３］板厚が０．３００ｍｍ以下であることを特徴とする前記［１］または前記［２］に記載の缶用鋼板。
［４］前記［１］〜［３］のいずれかに記載の缶用鋼板の製造方法であり、鋼スラブを、８４０℃以上の仕上げ温度で熱間圧延し、５００℃以上の巻き取り温度で巻き取り、酸洗し、圧下率：８０％以上、ライン張力の最大値：２０ｋｇ／ｍｍ２以下で冷間圧延し、７９０℃以下の温度で焼鈍を行い、０．６〜６．０％の圧下率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。
本発明によれば、板厚が極薄の場合でも、缶胴部が座屈変形しにくく、缶底部は高い機械的強度を有することができる。
本発明に係る缶用鋼板は、質量％で、Ｃ：０．０１００％以下、Ｓｉ：０．０１〜０．１０％、Ｍｎ：０．１０〜１．００％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｎ：０．００５０％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ａｌ：０．０２〜０．１０％を含有し、さらに、Ｎｂ：０．０１〜０．１０％および／またはＴｉ：０．０１〜０．２０％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、フェライト組織を有し、フェライト結晶粒のアスペクト比が１．１〜２．０であり、（（１１１）＜１１−０＞方位の集積度＋（１１１）＜−１−１２＞方位の集積度）に対する（００１）＜１−１０＞方位の集積度の比（ｆ）が０．３０以下、平均ヤング率（Ｅａｖｅ）（＝（Ｅ０＋Ｅ９０＋２Ｅ４５）／４）が２１０ＧＰａ以上、ロックウェル硬度（ＨＲ３０Ｔ）が５０以上、｜Δｒ｜（＝｜（ｒ０＋ｒ９０−２ｒ４５）／２｜）が０．５０以下である。以下、本発明の缶用鋼板について説明する。
＜Ｃ：０．０１００％以下＞
鋼板の高ヤング率化に有利な結晶方位の発達のために、Ｃ含有量を低減するとともに、ＮｂまたはＴｉによりＣを炭化物（ＮｂＣまたはＴｉＣ）として固定して、固溶Ｃ量を低減することが有効である。Ｃ含有量が０．０１００％を超えると、集合組織の発達を抑制し、高ヤング率が得られなくなるため、Ｃ含有量は０．０１００％以下とする。なお、鋼板の缶胴部のパネリング強度および缶底部の機械的強度を確保するため、好ましくは、Ｃ含有量は０．００２０％以上である。
鋼板の高ヤング率化に有利な結晶方位の発達のために、Ｃ含有量を低減するとともに、ＮｂまたはＴｉによりＣを炭化物（ＮｂＣまたはＴｉＣ）として固定して、固溶Ｃ量を低減することが有効である。Ｃ含有量が０．０１００％を超えると、集合組織の発達を抑制し、高ヤング率が得られなくなるため、Ｃ含有量は０．０１００％以下とする。なお、鋼板の缶胴部のパネリング強度および缶底部の機械的強度を確保するため、好ましくは、Ｃ含有量は０．００２０％以上である。
＜Ｓｉ：０．０１〜０．１０％＞
Ｓｉは、固溶強化により鋼板の硬度を高める作用を有する元素である。引張強さを安定的に確保するために、Ｓｉは０．０１％以上の含有を必要とする。一方、Ｓｉは缶用鋼板の耐食性を劣化させる元素であるので、Ｓｉ含有量の上限は０．１０％とする。
Ｓｉは、固溶強化により鋼板の硬度を高める作用を有する元素である。引張強さを安定的に確保するために、Ｓｉは０．０１％以上の含有を必要とする。一方、Ｓｉは缶用鋼板の耐食性を劣化させる元素であるので、Ｓｉ含有量の上限は０．１０％とする。
＜Ｍｎ：０．１０〜１．００％＞
Ｍｎは、固溶強化により鋼板の硬度を高める作用を有する元素である。引張強さを安定的に確保すると共に、フェライト粒微細化のために、Ｍｎは０．１０％以上の含有を必要とする。一方、Ｍｎ含有量が多くなると、原料のコストが上昇するので、Ｍｎ含有量の上限は１．００％とする。ただし、食品容器に用いられるブリキ原板のＭｎの上限は０．６０％以下と規定されているので、食品容器として用いる場合、好ましくは、Ｍｎ含有量は０．６０％以下である。
Ｍｎは、固溶強化により鋼板の硬度を高める作用を有する元素である。引張強さを安定的に確保すると共に、フェライト粒微細化のために、Ｍｎは０．１０％以上の含有を必要とする。一方、Ｍｎ含有量が多くなると、原料のコストが上昇するので、Ｍｎ含有量の上限は１．００％とする。ただし、食品容器に用いられるブリキ原板のＭｎの上限は０．６０％以下と規定されているので、食品容器として用いる場合、好ましくは、Ｍｎ含有量は０．６０％以下である。
＜Ｐ：０．０２０％以下＞
Ｐは、粒界に偏析して、鋼板の延性および靱性を低下させる。また、耐食性を低下させる有害な元素でもある。よって、Ｐ含有量の上限は０．０２０％とする。一方、Ｐは、固溶強化により鋼板の硬度を高める作用を有する元素である。よって、Ｐ含有量の下限は、０．０１０％とすることが好ましい。
Ｐは、粒界に偏析して、鋼板の延性および靱性を低下させる。また、耐食性を低下させる有害な元素でもある。よって、Ｐ含有量の上限は０．０２０％とする。一方、Ｐは、固溶強化により鋼板の硬度を高める作用を有する元素である。よって、Ｐ含有量の下限は、０．０１０％とすることが好ましい。
＜Ｎ：０．００５０％以下＞
Ｎを多量に含有すると、過剰な窒化物が生成し、鋼板の延性や靱性が低下する。また、加工性を劣化させる。よって、Ｎ含有量の上限は０．００５０％とする。
Ｎを多量に含有すると、過剰な窒化物が生成し、鋼板の延性や靱性が低下する。また、加工性を劣化させる。よって、Ｎ含有量の上限は０．００５０％とする。
＜Ｓ：０．０３％以下＞
Ｓは、Ｍｎと結合して粗大なＭｎＳを形成し、表面性状を劣化させるとともに、熱間圧延での延性を低下させるため、Ｓ含有量の上限は０．０３％とする。
Ｓは、Ｍｎと結合して粗大なＭｎＳを形成し、表面性状を劣化させるとともに、熱間圧延での延性を低下させるため、Ｓ含有量の上限は０．０３％とする。
＜Ａｌ：０．０２〜０．１０％＞
Ａｌは脱酸剤として作用する有用な元素であり、その効果を得るために、０．０２％以上含有させる必要がある。一方、Ａｌ含有量が０．１０％を超えると、鋼板の表面欠陥を誘発するため、Ａｌ含有量の上限は０．１０％とする。
Ａｌは脱酸剤として作用する有用な元素であり、その効果を得るために、０．０２％以上含有させる必要がある。一方、Ａｌ含有量が０．１０％を超えると、鋼板の表面欠陥を誘発するため、Ａｌ含有量の上限は０．１０％とする。
＜Ｎｂ：０．０１〜０．１０％および／またはＴｉ：０．０１〜０．２０％＞
Ｎｂは、Ｃと結合し、炭化物ＮｂＣとして析出し、鋼中に存在する固溶Ｃの一部を固定し、鋼板の集合組織を発達させ、ヤング率の向上およびｒ値の絶対値の低減に寄与する。また、Ｎｂの微細な炭窒化物は、硬度の上昇に効果がある。この効果を得るため、Ｎｂを含有する場合には、その含有量は０．０１％以上にする必要がある。一方、Ｎｂ含有量が０．１０％を超えると、合金のコストの増加だけではなく、再結晶終了温度が上昇し、集合組織が発達しなくなる。また、圧延負荷を高めるため、安定した鋼板製造が困難になる。そのため、Ｎｂを含有する場合には、Ｎｂ含有量は０．０１〜０．１０％の範囲に限定する。
Ｎｂは、Ｃと結合し、炭化物ＮｂＣとして析出し、鋼中に存在する固溶Ｃの一部を固定し、鋼板の集合組織を発達させ、ヤング率の向上およびｒ値の絶対値の低減に寄与する。また、Ｎｂの微細な炭窒化物は、硬度の上昇に効果がある。この効果を得るため、Ｎｂを含有する場合には、その含有量は０．０１％以上にする必要がある。一方、Ｎｂ含有量が０．１０％を超えると、合金のコストの増加だけではなく、再結晶終了温度が上昇し、集合組織が発達しなくなる。また、圧延負荷を高めるため、安定した鋼板製造が困難になる。そのため、Ｎｂを含有する場合には、Ｎｂ含有量は０．０１〜０．１０％の範囲に限定する。
また、ＴｉはＮｂと同様、Ｃと結合し、炭化物ＴｉＣとして析出し、鋼中に存在する固溶Ｃの一部を固定し、鋼板の集合組織を発達させ、ヤング率の向上およびｒ値の絶対値の低減に寄与する。また、Ｔｉの微細な炭窒化物は、硬度の上昇に効果がある。この効果を得るため、Ｔｉを含有する場合には、その含有量は０．０１％以上にする必要がある。一方、Ｔｉ含有量が０．２０％を超えると、合金のコストの増加だけではなく、再結晶終了温度が上昇し、集合組織が発達しなくなる。また、圧延負荷を高めるため、安定した鋼板製造が困難になる。そのため、Ｔｉを含有する場合には、Ｔｉ含有量は０．０１〜０．２０％の範囲に限定する。
上述した成分以外の残部はＦｅおよび不可避的不純物とする。
本発明の缶用鋼板は、フェライトを主相とした組織からなる。また、本発明の缶用鋼板は、フェライト以外に、パーライト、マルテンサイト、ベイナイトおよびセメンタイトを総量で鋼板中５面積％以下有することができる。組織については、鋼板の圧延方向に平行な板厚断面の組織写真を撮影し、得られた組織写真データにおいて所望の領域を画像解析により抽出し、市販の画像解析ソフトを用い、暗色のコントラストを持つ領域をフェライトと判定し、それ以外をパーライト、マルテンサイト、ベイナイトまたはセメンタイトと判定する。
以上、鋼板の成分組成範囲について説明したが、本発明で期待した効果を得るには、成分組成を上記の範囲に調整するだけでは不十分であり、フェライト結晶粒のアスペクト比について、以下に述べるように特定条件を満足する範囲に制御することが重要である。
＜フェライト結晶粒のアスペクト比：１．１〜２．０＞
本発明の缶用鋼板では、フェライト結晶粒のアスペクト比を１．１〜２．０の範囲とする。アスペクト比が１．１未満の場合、またはアスペクト比が２．０超えの場合、｜Δｒ｜が０．５０を超え、異方性が大きくなる。また、集合組織の集積度が小さくなり、ヤング率が小さくなるため、パネリング強度が低下する。
本発明の缶用鋼板では、フェライト結晶粒のアスペクト比を１．１〜２．０の範囲とする。アスペクト比が１．１未満の場合、またはアスペクト比が２．０超えの場合、｜Δｒ｜が０．５０を超え、異方性が大きくなる。また、集合組織の集積度が小さくなり、ヤング率が小さくなるため、パネリング強度が低下する。
上記のフェライト結晶粒のアスペクト比を測定する方法は、鋼板の圧延方向に平行な板厚断面の組織写真を４００倍で撮影し、板厚方向、圧延方向にそれぞれ６本の線を実際の長さで５０μｍ以上の間隔で引き、粒界と線との交点の数を数え、圧延方向の全線長を交点の数で割ったものをフェライト結晶粒一つあたりの線分長とし、板厚方向の全線長を交点の数で割ったものをフェライト結晶粒一つあたりの圧延方向の線分長とする。そして、これらの圧延方向の線分長と板厚方向の線分長の比（圧延方向の線分長／板厚方向の線分長）をアスペクト比とする。
＜フェライト平均結晶粒径：３．０〜１５．０μｍ＞
フェライト平均結晶粒径が１５．０μｍを超えると、鋼板の缶底部の機械的強度が低下する場合がある。また、缶胴部のパネリング強度が低下する場合がある。フェライト平均結晶粒径が３．０μｍ未満になると、異方性が大きくなり、パネリング強度が低下する場合がある。そのため、フェライト平均結晶粒径は、３．０〜１５．０μｍとすることが好ましい。
フェライト平均結晶粒径が１５．０μｍを超えると、鋼板の缶底部の機械的強度が低下する場合がある。また、缶胴部のパネリング強度が低下する場合がある。フェライト平均結晶粒径が３．０μｍ未満になると、異方性が大きくなり、パネリング強度が低下する場合がある。そのため、フェライト平均結晶粒径は、３．０〜１５．０μｍとすることが好ましい。
ここで、上記のフェライト平均結晶粒径は、鋼板の圧延方向に平行な板厚断面の組織写真を４００倍で撮影し、ＪＩＳ Ｇ ０５５２の鋼−結晶粒度の顕微鏡試験方法に準拠して、切断法により測定したフェライト平均粒径である。
なお、上記のフェライト結晶粒のアスペクト比およびフェライトの平均結晶粒径は、本発明の所定の成分を有する鋼とし、熱間圧延の仕上げ温度を８４０℃以上とし、焼鈍温度を７９０℃以下とすることで所望の範囲に制御することができる。
＜集合組織：（（１１１）＜１−１０＞方位の集積度＋（１１１）＜−１−１２＞方位の集積度）に対する（００１）＜１−１０＞方位の集積度の比（ｆ）が０．３０以下＞
次に、本発明の缶用鋼板の集合組織について説明する。本発明の缶用鋼板では、式（１）に示す（（１１１）＜１−１０＞方位の集積度＋（１１１）＜−１−１２＞方位の集積度）に対する（００１）＜１−１０＞方位の集積度の比（ｆ）を０．３０以下とする。
次に、本発明の缶用鋼板の集合組織について説明する。本発明の缶用鋼板では、式（１）に示す（（１１１）＜１−１０＞方位の集積度＋（１１１）＜−１−１２＞方位の集積度）に対する（００１）＜１−１０＞方位の集積度の比（ｆ）を０．３０以下とする。
鉄のヤング率は集合組織に強く支配され、（００１）＜１−１０＞方位は平均ヤング率を低下させる方位である。（１１１）＜１−１０＞方位と（１１１）＜−１−１２＞方位は平均ヤング率を増加させる方位であるため、（（１１１）＜１−１０＞方位の集積度＋（１１１）＜１−１２＞方位の集積度）に対する（００１）＜１−１０＞方位の集積度の比（ｆ）が平均ヤング率を制御する指標となる。本発明では望ましいヤング率を得る条件として、上記の比（ｆ）を０．３０以下にする必要がある。なお、集積度の測定には、まず、Ｘ線回折装置を使用し、Ｓｃｈｕｌｚの反射法により（１１０）、（２００）、（２１１）、（２２２）極点図を作成する。そして、これらの極点図から級数展開法にて結晶方位分布関数（ＯＤＦ：Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を算出し、（００１）＜１−１０＞方位、（１１１）＜１−１０＞方位、（１１１）＜−１−１２＞方位の集積度を求めることができる。
＜平均ヤング率（Ｅａｖｅ）が２１０ＧＰａ以上＞
平均ヤング率（Ｅａｖｅ）は、パネリング強度の向上に大きく影響している。パネリング強度を向上させ、缶胴部の座屈変形と缶底部の破損を防ぐため、平均ヤング率（Ｅａｖｅ）を２１０ＧＰａ以上とする必要がある。また、平均ヤング率（Ｅａｖｅ）は、好ましくは２１５ＧＰａ以上である。
平均ヤング率（Ｅａｖｅ）は、パネリング強度の向上に大きく影響している。パネリング強度を向上させ、缶胴部の座屈変形と缶底部の破損を防ぐため、平均ヤング率（Ｅａｖｅ）を２１０ＧＰａ以上とする必要がある。また、平均ヤング率（Ｅａｖｅ）は、好ましくは２１５ＧＰａ以上である。
なお、ヤング率は、横振動型の共振周波数測定装置を用いて、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓの基準（Ｃ１２５９）に従って測定することができる。そして、平均ヤング率（Ｅａｖｅ）は、以下の式（２）に基づいて、算出することができる。
Ｅａｖｅ＝（Ｅ０＋Ｅ９０＋２Ｅ４５）／４ ・・・（２）
ここで、Ｅ０、Ｅ９０、Ｅ４５：圧延方向に対してそれぞれ０°、４５°、９０°方向のヤング率である。
Ｅａｖｅ＝（Ｅ０＋Ｅ９０＋２Ｅ４５）／４ ・・・（２）
ここで、Ｅ０、Ｅ９０、Ｅ４５：圧延方向に対してそれぞれ０°、４５°、９０°方向のヤング率である。
＜｜Δｒ｜が０．５０以下＞
本発明の鋼板では、異方性の指標として、以下の式（３）に示すΔｒを用いる。
Δｒ＝（ｒ０＋ｒ９０−２ｒ４５）／２ ・・・（３）
ここで、ｒ０、ｒ９０、ｒ４５：圧延方向に対してそれぞれ０°、４５°、９０°方向のランクフォード値である。
本発明の鋼板では、異方性の指標として、以下の式（３）に示すΔｒを用いる。
Δｒ＝（ｒ０＋ｒ９０−２ｒ４５）／２ ・・・（３）
ここで、ｒ０、ｒ９０、ｒ４５：圧延方向に対してそれぞれ０°、４５°、９０°方向のランクフォード値である。
成形後の良好な形状を確保するためには、鋼板の異方性はできる限り小さいことが望ましい。｜Δｒ｜が大きくなるほど、異方性が大きくなり、成形後の缶円周方向の缶高さが不揃いになる。これにより、缶胴部の板厚が不均一になり、パネリング強度が低下し、座屈変形しやすくなる。そのため、｜Δｒ｜は０．５０以下とする必要がある。また、｜Δｒ｜は、好ましくは０．４０以下である。
＜ロックウェル硬度（ＨＲ３０Ｔ）が５０以上＞
本発明の缶用鋼板を２ピース缶に用いる場合、素材の強度は缶底部の機械的強度に影響する。特に、より薄い缶の場合、運送中に缶胴部の変形と缶底部の破損を防ぐため、ロックウェル硬度を５０以上にする必要がある。なお、ロックウェル硬度は、ＪＩＳ Ｚ ２２４５の方法に準拠して測定することができる。
本発明の缶用鋼板を２ピース缶に用いる場合、素材の強度は缶底部の機械的強度に影響する。特に、より薄い缶の場合、運送中に缶胴部の変形と缶底部の破損を防ぐため、ロックウェル硬度を５０以上にする必要がある。なお、ロックウェル硬度は、ＪＩＳ Ｚ ２２４５の方法に準拠して測定することができる。
＜板厚が０．３００ｍｍ以下＞
本発明の缶用鋼板は、板厚が薄い場合、効果が顕著にでるため、板厚を０．３００ｍｍ以下とすることが好ましい。より好ましくは、板厚は、０．２２５ｍｍ以下である。
本発明の缶用鋼板は、板厚が薄い場合、効果が顕著にでるため、板厚を０．３００ｍｍ以下とすることが好ましい。より好ましくは、板厚は、０．２２５ｍｍ以下である。
［製造方法］
次に、本発明の缶用鋼板の製造方法の一例について説明する。本発明の缶用鋼板の製造方法では、前述した成分組成からなるスラブを、粗圧延および８４０℃以上の仕上げ温度の仕上げ圧延からなる熱間圧延をし、５００℃以上の巻き取り温度で巻き取り、酸洗し、８０％以上の圧下率、ライン張力の最大値：２０ｋｇ／ｍｍ２以下として冷間圧延し、７９０℃以下の温度で焼鈍を行い、０．６〜６．０％の調質圧延を行う。
次に、本発明の缶用鋼板の製造方法の一例について説明する。本発明の缶用鋼板の製造方法では、前述した成分組成からなるスラブを、粗圧延および８４０℃以上の仕上げ温度の仕上げ圧延からなる熱間圧延をし、５００℃以上の巻き取り温度で巻き取り、酸洗し、８０％以上の圧下率、ライン張力の最大値：２０ｋｇ／ｍｍ２以下として冷間圧延し、７９０℃以下の温度で焼鈍を行い、０．６〜６．０％の調質圧延を行う。
＜仕上げ圧延温度：８４０℃以上＞
仕上げ圧延温度が８４０℃を下回ると、圧延方向に展伸した結晶粒が生じやすくなり、冷延鋼板の集合組織の発達が低下する。また、本発明の鋼板を、板厚が薄い缶用鋼板として使用する場合、仕上げ圧延温度が８４０℃を下回ると、コイルのエッジ側の温度が下がりやすくなる。そのため、仕上げ圧延温度は８４０℃以上とする。
仕上げ圧延温度が８４０℃を下回ると、圧延方向に展伸した結晶粒が生じやすくなり、冷延鋼板の集合組織の発達が低下する。また、本発明の鋼板を、板厚が薄い缶用鋼板として使用する場合、仕上げ圧延温度が８４０℃を下回ると、コイルのエッジ側の温度が下がりやすくなる。そのため、仕上げ圧延温度は８４０℃以上とする。
一方、フェライト平均結晶粒径をより小さくし、フェライト結晶粒のアスペクト比を所定の範囲にするために、仕上げ圧延温度は、９５０℃以下とすることが好ましく、９３０℃以下であることがより好ましい。
＜巻取温度：５００℃以上＞
巻取温度が５００℃を下回ると、異方性が大きくなり、成形性が低下する。そのため、巻取温度は５００℃以上とする。一方、巻取温度が７５０℃を超えると熱延板段階でのフェライト結晶粒が粗大となり、硬度が低下し、所望の集合組織が発達しなくなり、ヤング率が低下する場合があるため、巻取温度は、好ましくは７５０℃以下である。
巻取温度が５００℃を下回ると、異方性が大きくなり、成形性が低下する。そのため、巻取温度は５００℃以上とする。一方、巻取温度が７５０℃を超えると熱延板段階でのフェライト結晶粒が粗大となり、硬度が低下し、所望の集合組織が発達しなくなり、ヤング率が低下する場合があるため、巻取温度は、好ましくは７５０℃以下である。
＜冷間圧延における圧下率：８０％以上、ライン張力の最大値：２０ｋｇ／ｍｍ２以下＞
熱間圧延工程後、冷間圧延の前に、酸洗し、表層スケールを除去する。酸洗の条件は特に限定するものではなく、常法により酸洗して表層スケールを除去すればよい。酸洗により、好適に表層スケールが除去できるが、酸洗に限らず、物理的な除去等、他の方法で表層スケールを除去してもよい。
熱間圧延工程後、冷間圧延の前に、酸洗し、表層スケールを除去する。酸洗の条件は特に限定するものではなく、常法により酸洗して表層スケールを除去すればよい。酸洗により、好適に表層スケールが除去できるが、酸洗に限らず、物理的な除去等、他の方法で表層スケールを除去してもよい。
その後、圧下率８０％以上、ライン張力の最大値２０ｋｇ／ｍｍ２以下で冷間圧延を行う。
冷間圧延における圧下率が８０％に満たないと、ヤング率を向上させる集合組織が十分に発達しない。また、異方性も大きくなる可能性がある。その結果、成形性が劣化し、薄肉化した際、十分なパネリング強度が得られない。そのため、冷間圧延における圧下率は８０％以上とする。
冷間圧延におけるライン張力の最大値が２０ｋｇ／ｍｍ２を上回ると、冷間圧延による結晶回転が起こりにくくなり、ヤング率を向上させる集合組織が発達しない場合があり、その場合、パネリング強度が低下する。そのため、冷間圧延におけるライン張力の最大値は２０ｋｇ／ｍｍ２以下とする。また、冷間圧延におけるライン張力の最大値は、所望の集合組織をより発達させ、また結晶粒を微細化させるため、１５ｋｇ／ｍｍ２以下とすることが好ましい。一方、冷間圧延におけるライン張力が小さすぎると通板上の問題が発生する場合があるため、ライン張力は４．５ｋｇ／ｍｍ２以上とすることが好ましい。
なお、ここでいうライン張力とは、鋼板のライン方向（圧延方向）の単位面積当りの張力のことを指す。
なお、ここでいうライン張力とは、鋼板のライン方向（圧延方向）の単位面積当りの張力のことを指す。
＜焼鈍温度：７９０℃以下＞
焼鈍温度が７９０℃を上回ると、結晶粒が粗大化し、硬度が低下する。また、焼鈍温度が７９０℃を上回ると、パネリング強度が低下する。そのため、焼鈍温度は７９０℃以下とする。一方、焼鈍温度が７００℃を下回ると、圧延方向に展伸したフェライト結晶粒が残留して成形性が劣化する可能性があるため、好ましくは、７００℃以上である。
焼鈍温度が７９０℃を上回ると、結晶粒が粗大化し、硬度が低下する。また、焼鈍温度が７９０℃を上回ると、パネリング強度が低下する。そのため、焼鈍温度は７９０℃以下とする。一方、焼鈍温度が７００℃を下回ると、圧延方向に展伸したフェライト結晶粒が残留して成形性が劣化する可能性があるため、好ましくは、７００℃以上である。
また、焼鈍での保持時間は、フェライト平均結晶粒径およびフェライト結晶粒のアスペクト比を本発明の範囲内とするため、１０秒以上であることが好ましい。一方、この保持時間は、長すぎるとフェライト結晶粒径が大きくなりすぎる場合があるため、６０秒以下であることが好ましい。
＜調質圧延の圧下率：０．６〜６．０％＞
調質圧延は板形状の調整と表面粗さおよび硬度の調節のために行う。調質圧延の圧下率は０．６％未満では調質圧延の効果が十分でなく、６．０％を超えると、加工硬化により伸びが低下するため、成形性が低下する。そのため、調質圧延の圧下率は、０．６〜６．０％とする。また、調質圧延の圧下率は、好ましくは１．０％以上である。また、調質圧延の圧下率は、好ましくは３．０％以下である。
調質圧延は板形状の調整と表面粗さおよび硬度の調節のために行う。調質圧延の圧下率は０．６％未満では調質圧延の効果が十分でなく、６．０％を超えると、加工硬化により伸びが低下するため、成形性が低下する。そのため、調質圧延の圧下率は、０．６〜６．０％とする。また、調質圧延の圧下率は、好ましくは１．０％以上である。また、調質圧延の圧下率は、好ましくは３．０％以下である。
以上、説明した本発明の缶用鋼板は、高ヤング率、かつ低異方性であり、缶胴部の外圧に対する耐座屈強度であるパネリング強度を高めると共に、缶底部を高硬度にすることができる。本発明の缶用鋼板は、例えば２ピース缶用として適用することができる。
以下、本発明の実施例について説明する。
表１に示す成分組成を有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼のスラブを表２に示す条件で、熱間圧延し、次いで酸洗にてスケールを除去した後、表２に示す条件で、冷間圧延し、表２に示す条件で焼鈍および調質圧延を施して表２に記載の板厚の鋼板を製造した。評価方法および評価結果は以下の通りである。
（１）組織観察
得られた冷延鋼板の圧延方向に平行な板厚断面を鏡面研磨して、ナイタール腐食液でフェライト結晶粒を現出させた。
得られた冷延鋼板の圧延方向に平行な板厚断面を鏡面研磨して、ナイタール腐食液でフェライト結晶粒を現出させた。
フェライト平均結晶粒径については、前記断面試料の組織写真を４００倍で撮影し、ＪＩＳ Ｇ ０５５２の鋼−結晶粒度の顕微鏡試験方法に準拠して、切断法によりフェライト平均結晶粒径を測定した。算出したフェライト平均結晶粒径を表３に示す。
フェライト結晶粒の圧延方向と板厚方向の長さの比については、板厚方向、圧延方向にそれぞれ６本の線を実際の長さで５０μｍ以上の間隔で引き、圧延方向に引いた線と粒界の交点の数を数え、圧延方向の全線長を交点の数で割ったものをフェライト結晶粒一つあたりの圧延方向の線分長とした。また、同様にしてフェライト結晶粒一つあたりの板厚方向の線分長を求めた。そして、これらの圧延方向の線分長と板厚方向の線分長との比（圧延方向の線分長／板厚方向の線分長）をアスペクト比として示した。
（２）ｒ値測定
得られた冷延鋼板から、引張方向が圧延方向（０°）、斜め方向（４５°）、垂直方向（９０°）となるようにＪＩＳ５号引張試験片を採取し、予歪み１５％で歪みを与え、ｒ値を測定した。｜Δｒ｜を、以下の式に従って、算出した。算出結果を表３に示す。
｜Δｒ｜＝｜（ｒ０＋ｒ９０−２ｒ４５）／２｜
ここで、ｒ０、ｒ９０、ｒ４５：圧延方向に対してそれぞれ０°、４５°、９０°方向のランクフォード値である。
得られた冷延鋼板から、引張方向が圧延方向（０°）、斜め方向（４５°）、垂直方向（９０°）となるようにＪＩＳ５号引張試験片を採取し、予歪み１５％で歪みを与え、ｒ値を測定した。｜Δｒ｜を、以下の式に従って、算出した。算出結果を表３に示す。
｜Δｒ｜＝｜（ｒ０＋ｒ９０−２ｒ４５）／２｜
ここで、ｒ０、ｒ９０、ｒ４５：圧延方向に対してそれぞれ０°、４５°、９０°方向のランクフォード値である。
（３）ヤング率の測定
ヤング率の測定は圧延方向および圧延方向から４５°、９０°方向を、それぞれ長手方向として１０ｍｍ×３５ｍｍの試験片を切り出し、横振動型の共振周波数測定装置を用いて、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓの基準（Ｃ１２５９）に従い、ヤング率（ＧＰａ）を測定した。そして、平均ヤング率（Ｅａｖｅ）を以下の式に従って算出した。算出結果を表３に示す。
Ｅａｖｅ＝（Ｅ０＋Ｅ９０＋２Ｅ４５）／４
ここで、Ｅ０、Ｅ９０、Ｅ４５：圧延方向に対してそれぞれ０°、４５°、９０°方向のヤング率である。
ヤング率の測定は圧延方向および圧延方向から４５°、９０°方向を、それぞれ長手方向として１０ｍｍ×３５ｍｍの試験片を切り出し、横振動型の共振周波数測定装置を用いて、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓの基準（Ｃ１２５９）に従い、ヤング率（ＧＰａ）を測定した。そして、平均ヤング率（Ｅａｖｅ）を以下の式に従って算出した。算出結果を表３に示す。
Ｅａｖｅ＝（Ｅ０＋Ｅ９０＋２Ｅ４５）／４
ここで、Ｅ０、Ｅ９０、Ｅ４５：圧延方向に対してそれぞれ０°、４５°、９０°方向のヤング率である。
（４）硬度の測定
ロックウェル硬度（ＨＲ３０Ｔ）は、ＪＩＳ Ｚ ２２４５のロックウェル硬さ試験方法に準拠して、ロックウェル３０Ｔ硬さ（ＨＲ３０Ｔ）を測定した。その結果を表３に示す。
ロックウェル硬度（ＨＲ３０Ｔ）は、ＪＩＳ Ｚ ２２４５のロックウェル硬さ試験方法に準拠して、ロックウェル３０Ｔ硬さ（ＨＲ３０Ｔ）を測定した。その結果を表３に示す。
（５）集積度の測定
鋼板の１／４板厚における板面の式（１）に示す（（１１１）＜１−１０＞方位の集積度＋（１１１）＜−１−１２＞方位の集積度）に対する（００１）＜１−１０＞方位の集積度の比（ｆ）を以下の計算式に従って、計算した。
鋼板の１／４板厚における板面の式（１）に示す（（１１１）＜１−１０＞方位の集積度＋（１１１）＜−１−１２＞方位の集積度）に対する（００１）＜１−１０＞方位の集積度の比（ｆ）を以下の計算式に従って、計算した。
鋼板を表面から１／４板厚面まで研磨し、加工歪みの影響を除去するため化学研磨（シュウ酸エッチング）を行った後、集積強度ｆを測定した。測定にはＸ線回折装置を使用し、Ｓｃｈｕｌｚの反射法により（１１０）、（２００）、（２１１）、（２２２）極点図を作成した。これらの極点図から級数展開法にて結晶方位分布関数（ＯＤＦ：Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を算出し、（００１）＜１−１０＞方位、（１１１）＜１−１０＞方位、（１１１）＜−１−１２＞方位の集積度を求めた。
（６）パネリング強度の測定
製缶後の缶体特性を評価するために、鋼板に対して、２ピース缶成形を行った。具体的には、上記鋼板に表面処理としてクロムめっき（ティンフリー）処理を施した後、有機皮膜を被覆したラミネート鋼板を作製した。次いで、円形に打抜いた後、深絞り加工、しごき加工等を施して、飲料缶で適用されている２ピース缶（直径：５２．４ｍｍ、缶胴長さ：１００ｍｍ）の缶体を成形した。
製缶後の缶体特性を評価するために、鋼板に対して、２ピース缶成形を行った。具体的には、上記鋼板に表面処理としてクロムめっき（ティンフリー）処理を施した後、有機皮膜を被覆したラミネート鋼板を作製した。次いで、円形に打抜いた後、深絞り加工、しごき加工等を施して、飲料缶で適用されている２ピース缶（直径：５２．４ｍｍ、缶胴長さ：１００ｍｍ）の缶体を成形した。
パネリング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０．０３５ＭＰａ／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、つまりパネリング強度は座屈に伴う加圧チャンバー内部の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、パネリング強度は０．１４７ＭＰａ以上を有すればよいとされている。よって、本発明では、パネリング強度が０．１４７ＭＰａ未満を不可（×）、０．１４７ＭＰａ以上〜０．１５７ＭＰａ未満を良（○）、０．１５７ＭＰａ以上を特に優（◎）として評価した。その結果を表３に示す。
図１は、上記の表３の結果に基づいて得られたフェライト結晶粒のアスペクト比（＝長軸方向長さ／短軸長さ）と｜Δｒ｜の関係を示す。図１に示すように、アスペクト比が小さいほど｜Δｒ｜が小さく、異方性がよくなることがわかった。また、アスペクト比が１．１〜２．０であると共に、｜Δｒ｜が０．５０以下であると、パネリング強度が０．１４７ＭＰａ以上であった。
図２は、上記の表３の結果に基づいて得られたフェライト結晶粒のアスペクト比と平均ヤング率（Ｅａｖｅ）の関係を示す。図２に示すように、アスペクト比が小さいほど所望の集合組織が発達し、ヤング率が増加する。また、アスペクト比が１．１〜２．０であると共に、平均ヤング率が２１０ＧＰａ以上であると、パネリング強度が０．１４７ＭＰａ以上であった。
表３より、本発明の範囲内の缶用鋼板では、所望のパネリング強度および硬度を得ることができた。
一方、比較鋼Ｎｏ．４は、ｆが本発明の範囲超えであり、フェライト結晶粒のアスペクト比が本発明の範囲超えであり、平均ヤング率が本発明の範囲未満であり、｜Δｒ｜が本発明の範囲超えであったため、パネリング強度が低かった。
また、比較鋼Ｎｏ．７は、平均ヤング率が本発明の範囲未満であり、｜Δｒ｜が本発明の範囲超えであったため、パネリング強度および硬度が低かった。
また、比較鋼Ｎｏ．８は、Ｍｎ含有量が本発明の範囲未満であり、パネリング強度および硬度が低かった。
また、比較鋼Ｎｏ．９は、Ｎ含有量が本発明の範囲超えであり、フェライト結晶粒のアスペクト比が本発明の範囲超えであり、平均ヤング率が本発明の範囲未満であったため、パネリング強度が低かった。
また、比較鋼１０は、Ｐ含有量が本発明の範囲超えであり、ｆが本発明の範囲超えであり、フェライト結晶粒のアスペクト比が本発明の範囲超えであったため、パネリング強度が低かった。
また、比較鋼１１は、Ｓ含有量が本発明の範囲超えであり、ｆが本発明の範囲超えであり、フェライト結晶粒のアスペクト比が本発明の範囲超えであり、平均ヤング率が本発明の範囲未満であり、パネリング強度が低かった。
また、比較鋼１２は、Ｎｂ含有量が本発明の範囲超えであり、ｆが本発明の範囲超えであり、フェライト結晶粒のアスペクト比が本発明の範囲超えであり、平均ヤング率が本発明の範囲未満であり、｜Δｒ｜が本発明の範囲超えであったため、パネリング強度および硬度が低かった。
また、比較鋼１６は、ｆが本発明の範囲超えであり、フェライト結晶粒のアスペクト比が本発明の範囲超えであり、平均ヤング率が本発明の範囲未満であったため、パネリング強度および硬度が低かった。
また、比較鋼１７は、ｆが本発明の範囲超えであり、フェライト結晶粒のアスペクト比が本発明の範囲超えであり、平均ヤング率が本発明の範囲未満であったため、パネリング強度および硬度が低かった。
また、比較鋼１８は、Ａｌの含有量が本発明の範囲超えであったため、パネリング強度および硬度が低かった。
また、比較鋼Ｎｏ．１９は、Ｍｎ含有量が本発明の範囲超えであり、ｆが本発明の範囲超えであり、フェライト結晶粒のアスペクト比が本発明の範囲超えであり、平均ヤング率が本発明の範囲未満であったため、パネリング強度および硬度が低かった。
また、比較鋼Ｎｏ．２２は、ｆが本発明の範囲超えであり、フェライト結晶粒のアスペクト比が本発明の範囲超えであり、平均ヤング率が本発明の範囲未満であり、｜Δｒ｜が本発明の範囲超えであったため、パネリング強度および硬度が低かった。
また、比較鋼Ｎｏ．２３は、平均ヤング率が本発明の範囲未満であったため、パネリング強度が低かった。
また、比較鋼Ｎｏ．２４は、Ｃ含有量が本発明の範囲超えであり、ｆが本発明の範囲超えであり、フェライト結晶粒のアスペクト比が本発明の範囲超えであり、平均ヤング率が本発明の範囲未満であり、｜Δｒ｜が本発明の範囲超えであったため、パネリング強度が低かった。
また、比較鋼Ｎｏ．２５は、Ｃ含有量が本発明の範囲超えであり、ｆが本発明の範囲超えであり、フェライト結晶粒のアスペクト比が本発明の範囲超えであり、平均ヤング率が本発明の範囲未満であり、｜Δｒ｜が本発明の範囲超えであったため、パネリング強度が低かった。
Claims (4)
- 質量％で、
Ｃ：０．００４６〜０．００６８％、Ｓｉ：０．０１〜０．１０％、Ｍｎ：０．３８〜０．６２％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｎ：０．００５０％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ａｌ：０．０２〜０．１０％を含有し、
さらに、Ｎｂ：０．０２〜０．１０％および／またはＴｉ：０．０１〜０．２０％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、
９５面積％以上のフェライト組織を有し、
フェライト結晶粒のアスペクト比が１．１〜２．０であり、
以下の式（１）で表される（（１１１）＜１−１０＞方位の集積度＋（１１１）＜−１−１２＞方位の集積度）に対する（００１）＜１−１０＞方位の集積度の比（ｆ）が０．３０以下、
以下の式（２）で表される平均ヤング率（Ｅａｖｅ）が２１５ＧＰａ以上、
ロックウェル硬度（ＨＲ３０Ｔ）が５０以上、
以下の式（３）で表される｜Δｒ｜が０．５０以下であることを特徴とする缶用鋼板。
Ｅａｖｅ＝（Ｅ０＋Ｅ９０＋２Ｅ４５）／４ ・・・（２）
ここで、Ｅ０、Ｅ９０、Ｅ４５：圧延方向に対してそれぞれ０°、４５°、９０°方向のヤング率である。
｜Δｒ｜＝｜（ｒ０＋ｒ９０−２ｒ４５）／２｜ ・・・（３）
ここで、ｒ０、ｒ９０、ｒ４５：圧延方向に対してそれぞれ０°、４５°、９０°方向のランクフォード値である。 - フェライト平均結晶粒径が３．０〜１５．０μｍであり、
前記平均ヤング率（Ｅａｖｅ）が２１５ＧＰａ以上、前記｜Δｒ｜が０．４０以下であることを特徴とする請求項１に記載の缶用鋼板。 - 板厚が０．３００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の缶用鋼板。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載の缶用鋼板の製造方法であり、鋼スラブを、８４０℃以上の仕上げ温度で熱間圧延し、５００℃以上の巻き取り温度で巻き取り、酸洗し、圧下率：８０％以上、ライン張力の最大値：２０ｋｇ／ｍｍ２以下で冷間圧延し、７９０℃以下の温度で焼鈍を行い、０．６〜６．０％の圧下率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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