JP6809619B2 - 缶用鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、高強度の缶用鋼板およびその製造方法に関するものである。
食缶や飲料缶等の缶は、その胴部や蓋に鋼板が使用されている。これらの缶において、製造コストの低減が要望され、製缶に供する鋼板の薄肉化によって、缶素材に要するコストを低減することが進められている。鋼板の薄肉化を行う対象は、絞り加工により成形される２ピース缶の缶胴および円筒成形により成形される３ピース缶の缶胴と、これらの缶蓋とが主である。単に缶用鋼板を薄肉化すると、缶の胴部や蓋部の強度が低下するため、特に再絞り缶（ＤＲＤ（ｄｒａｗ−ｒｅｄｒａｗ）缶）や溶接缶の缶胴部のような部位には、高強度かつ極薄の缶用鋼板を適用することが望まれている。
かような高強度極薄缶用鋼板は、焼鈍後に圧下率が２０％以上の２次冷間圧延を施すＤｕｂｌｅ Ｒｅｄｕｃｅ法（以下、ＤＲ法と称す）で製造されている。このＤＲ法を利用して製造した鋼板（以下、ＤＲ材とも称する）は高強度であるが、全伸びが小さく延性に乏しいため、加工性が劣るという性質がある。
ストレート形状を有する缶胴においてはＤＲ材の適用が進んでいる。一方、ビードを有する缶胴や、ステイオンタブで開蓋する食缶の缶蓋（ＥＯＥ（Ｅａｓｙ Ｏｐｅｎ Ｅｎｄ））などは形状が複雑であるため、ＤＲ材を適用すると形状が複雑な部位で割れが発生したり、精度の高い加工形状が得られないことが多い。具体的には、缶蓋（ＥＯＥ）は、鋼板に対するブランキング、シェル加工、カール加工およびリベット加工を順次プレス成形によって行うことで製造される。特に、缶胴のフランジ部と缶蓋のカール部とを巻締めて缶の密封性を確保しているため、缶蓋カール部の加工形状は高い精度が要求されている。高強度極薄鋼板として一般的に使用されるＤＲ材は、延性に乏しく複雑な形状を有する缶蓋に適用することは、加工性の観点から困難であることが多く、多数回の金型調整を経て製品としている。さらに、ＤＲ材では２次冷間圧延による加工硬化で鋼板を高強度化しているため、２次冷間圧延の精度によっては鋼板に加工硬化が不均一に導入される結果、ＤＲ材を加工する際に局所的な変形が生じる事がある。局所的な変形は、缶蓋のカール部の寸法精度が低下するため回避すべき現象である。
このようなＤＲ材の欠点を回避するため、種々の強化法を用いた高強度鋼板の製造方法が提案されている。
例えば、特許文献１には、Ｎｂ炭化物による析出強化やＮｂ、Ｔｉ、Ｂの炭窒化物による微細化強化を複合的に組み合わせて強度と延性をバランスさせた、鋼板について提案されている。特許文献２には、Ｍｎ、Ｐ、Ｎ等の固溶強化を用いて高強度化する方法が提案されている。特許文献３には、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｂの炭窒化物による析出強化を用いて引張強度が５４０ＭＰａ未満であり、酸化物系介在物の粒子径を制御することにより溶接部の成形性を改善する、缶用鋼板が提案されている。特許文献４には、Ｎ量を高めて固溶Ｎにより高強度化を図り、鋼板厚み方向の転位密度を制御することにより、引張強度を４００ＭＰａ以上および破断伸びを１０％以上とした、高強度容器用鋼板が提案されている。
例えば、特許文献１には、Ｎｂ炭化物による析出強化やＮｂ、Ｔｉ、Ｂの炭窒化物による微細化強化を複合的に組み合わせて強度と延性をバランスさせた、鋼板について提案されている。特許文献２には、Ｍｎ、Ｐ、Ｎ等の固溶強化を用いて高強度化する方法が提案されている。特許文献３には、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｂの炭窒化物による析出強化を用いて引張強度が５４０ＭＰａ未満であり、酸化物系介在物の粒子径を制御することにより溶接部の成形性を改善する、缶用鋼板が提案されている。特許文献４には、Ｎ量を高めて固溶Ｎにより高強度化を図り、鋼板厚み方向の転位密度を制御することにより、引張強度を４００ＭＰａ以上および破断伸びを１０％以上とした、高強度容器用鋼板が提案されている。
上述したように、薄肉化するためには強度の確保が必要である。一方、加工度が高い缶蓋（例えば、ＥＯＥ）の素材として鋼板を用いる場合には、高延性の鋼板である必要がある。さらに、缶蓋のカール部の寸法精度を良好にするためには、鋼板の加工時の局所的な変形を抑制すること、すなわち加工時の変形が均等である（以下、均一変形能を有する、という）必要がある。従って、上記した使途の缶用鋼板としては、高強度、高延性（全伸び）および均一変形能（カール部の寸法精度）を同時に満足することが求められている。
しかるに、特許文献１では、鋼板の局所的な変形について触れられておらず、該鋼板に均一変形能を与えることが望まれている。
特許文献２では、固溶強化による高強度化が提案されているが、Ｐの過剰添加による鋼板の高強度化は、局所的な変形を招きやすくなり、均一変形能が得られない。
特許文献３は、Ｎｂ、Ｔｉ等の析出、細粒化強化を用いているが、溶接部の成形性および表面性状の観点からＴｉのみならず、Ｃａ、ＲＥＭの添加も必須であり、耐食性を劣化させる問題がある。また、鋼板の局所的な変形については一切記載されておらず、該鋼板に均一変形能を与えることが望まれている。
特許文献４においても、缶蓋のカール部の形状については一切記載されておらず、鋼板の局所的な変形についても触れるところがないことから、該鋼板に均一変形能を与えることが望まれている。
本発明は、かかる事情に鑑みなされたものであり、高強度かつ優れた延性に加えて、均一変形能を有し加工性に優れる缶用鋼板およびその製造方法について提供することを目的とする。
［１］質量％で、
Ｃ：０．０２０％以上０．１３０％以下、
Ｓｉ：０．０４％以下、
Ｍｎ：０．１０％以上１．２０％以下、
Ｐ：０．００７％以上０．１００％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．００１％以上０．１００％以下、
Ｎ：０．０１２０％超え０．０２００％以下、
Ｎｂ：０．００６０％以上０．０３００％以下および
Ｃｒ：０．０４０％以下
を含み、残部はＦｅおよび不可避的不純物の成分組成を有し、全析出物におけるＮｂ含有量に占める、径が２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量の比率が４０％以上であり、全析出物の平均間隔が３０ｎｍ以下であり、２１０℃、１０分の熱処理後における上降伏強度が５００ＭＰａ以上６４０ＭＰａ以下および全伸びが１０％以上である缶用鋼板。
Ｃ：０．０２０％以上０．１３０％以下、
Ｓｉ：０．０４％以下、
Ｍｎ：０．１０％以上１．２０％以下、
Ｐ：０．００７％以上０．１００％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．００１％以上０．１００％以下、
Ｎ：０．０１２０％超え０．０２００％以下、
Ｎｂ：０．００６０％以上０．０３００％以下および
Ｃｒ：０．０４０％以下
を含み、残部はＦｅおよび不可避的不純物の成分組成を有し、全析出物におけるＮｂ含有量に占める、径が２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量の比率が４０％以上であり、全析出物の平均間隔が３０ｎｍ以下であり、２１０℃、１０分の熱処理後における上降伏強度が５００ＭＰａ以上６４０ＭＰａ以下および全伸びが１０％以上である缶用鋼板。
［２］質量％で、
Ｃ：０．０２０％以上０．１３０％以下、
Ｓｉ：０．０４％以下、
Ｍｎ：０．１０％以上１．２０％以下、
Ｐ：０．００７％以上０．１００％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．００１％以上０．１００％以下、
Ｎ：０．０１２０％超え０．０２００％以下、
Ｎｂ：０．００６０％以上０．０３００％以下および
Ｃｒ：０．０４０％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する鋼素材を１２００℃以上で加熱し、仕上温度が８５０℃以上および最終スタンドの圧下率が８％以上の条件にて熱間圧延を施し、６４０℃以上７８０℃以下の温度域で巻取る熱間圧延工程と、
前記熱間圧延工程後に圧下率が８６％以上の冷間圧延を行う一次冷間圧延工程と、
前記一次冷間圧延工程後に、６６０℃以上８００℃以下の温度域で均熱保持し、３℃／ｓ以上１０℃／s未満の平均冷却速度で６００℃以上６５０℃以下の温度域まで一次冷却し、１０℃／s以上の平均冷却速度で１５０℃以下の温度域まで二次冷却する焼鈍工程と、
圧下率が０．１％以上３．０％以下の冷間圧延を行う二次冷間圧延工程と、
を有する缶用鋼板の製造方法。
Ｃ：０．０２０％以上０．１３０％以下、
Ｓｉ：０．０４％以下、
Ｍｎ：０．１０％以上１．２０％以下、
Ｐ：０．００７％以上０．１００％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．００１％以上０．１００％以下、
Ｎ：０．０１２０％超え０．０２００％以下、
Ｎｂ：０．００６０％以上０．０３００％以下および
Ｃｒ：０．０４０％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する鋼素材を１２００℃以上で加熱し、仕上温度が８５０℃以上および最終スタンドの圧下率が８％以上の条件にて熱間圧延を施し、６４０℃以上７８０℃以下の温度域で巻取る熱間圧延工程と、
前記熱間圧延工程後に圧下率が８６％以上の冷間圧延を行う一次冷間圧延工程と、
前記一次冷間圧延工程後に、６６０℃以上８００℃以下の温度域で均熱保持し、３℃／ｓ以上１０℃／s未満の平均冷却速度で６００℃以上６５０℃以下の温度域まで一次冷却し、１０℃／s以上の平均冷却速度で１５０℃以下の温度域まで二次冷却する焼鈍工程と、
圧下率が０．１％以上３．０％以下の冷間圧延を行う二次冷間圧延工程と、
を有する缶用鋼板の製造方法。
本発明によれば、腐食性の強い内容物に対しても耐食性を害さず、均一変形能を有する高延性かつ高強度の缶用鋼板が得られる。この鋼板の高強度化により、缶を薄肉化しても高い缶体強度を確保することが可能となる。また、本発明の缶用鋼板は、高延性であることから、溶接缶で用いられるビード加工や拡缶加工のような加工率の高い缶胴加工や、フランジ加工に最適の素材である。すなわち、該加工において、鋼板が均一変形能を有するために、良好な加工性並びに高い寸法精度の下に、缶製品ならびに缶蓋製品の製作が可能となる。
以下、本発明の缶用鋼板について詳しく説明する。
まず、本発明に係る缶用鋼板の成分組成について説明する。なお、各成分の含有量における単位「％」は、特に断らない限り「質量％」である。
Ｃ：０．０２０％以上０．１３０％以下
本発明の缶用鋼板においては、５００ＭＰａ以上の上降伏強度と１０％以上の全伸びを有することが重要である。そのためには、Ｎｂを含有することで生成するＮｂＣによる析出強化を利用することが重要となる。ＮｂＣによる析出強化を利用するためには、缶用鋼板のＣ含有量が重要となる。具体的には、Ｃ含有量の下限を０．０２０％とすることが必要である。すなわち、Ｃ含有量が０．０２０％未満となると、全析出物におけるＮｂ含有量に占める、径が２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量の比率が４０％未満となり、均一変形能または缶蓋のカール部高さの寸法精度が悪化する。一方、Ｃ含有量が０．１３０％を超えると、鋼の溶製中冷却過程において亜包晶割れが生じる可能性がある。また、析出物径２０ｎｍ以上の析出物の割合が高まり、全析出物に占める析出物径２０ｎｍ未満の析出物の割合が４０％未満となり、均一変形能が低下する。さらに、鋼板が過剰に硬質化するため延性が低下する。このため、Ｃ含有量の上限は０．１３０％とする。
なお、Ｃ含有量が０．０４０％以下であると、冷間圧延時の変形抵抗の増加がより抑えられるため、圧延後の表面欠陥を回避するために圧延速度を小さくする必要が無い。さらに、全析出物におけるＮｂ含有量に占める、径が２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量の比率もより均一なものとなる。このため、製造性の観点からは、Ｃ含有量は０．０４０％以下とすることが好ましい。
まず、本発明に係る缶用鋼板の成分組成について説明する。なお、各成分の含有量における単位「％」は、特に断らない限り「質量％」である。
Ｃ：０．０２０％以上０．１３０％以下
本発明の缶用鋼板においては、５００ＭＰａ以上の上降伏強度と１０％以上の全伸びを有することが重要である。そのためには、Ｎｂを含有することで生成するＮｂＣによる析出強化を利用することが重要となる。ＮｂＣによる析出強化を利用するためには、缶用鋼板のＣ含有量が重要となる。具体的には、Ｃ含有量の下限を０．０２０％とすることが必要である。すなわち、Ｃ含有量が０．０２０％未満となると、全析出物におけるＮｂ含有量に占める、径が２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量の比率が４０％未満となり、均一変形能または缶蓋のカール部高さの寸法精度が悪化する。一方、Ｃ含有量が０．１３０％を超えると、鋼の溶製中冷却過程において亜包晶割れが生じる可能性がある。また、析出物径２０ｎｍ以上の析出物の割合が高まり、全析出物に占める析出物径２０ｎｍ未満の析出物の割合が４０％未満となり、均一変形能が低下する。さらに、鋼板が過剰に硬質化するため延性が低下する。このため、Ｃ含有量の上限は０．１３０％とする。
なお、Ｃ含有量が０．０４０％以下であると、冷間圧延時の変形抵抗の増加がより抑えられるため、圧延後の表面欠陥を回避するために圧延速度を小さくする必要が無い。さらに、全析出物におけるＮｂ含有量に占める、径が２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量の比率もより均一なものとなる。このため、製造性の観点からは、Ｃ含有量は０．０４０％以下とすることが好ましい。
Ｓｉ：０．０４％以下
Ｓｉは、固溶強化により鋼を高強度化させる元素である。この効果を得るためには、Ｓｉ含有量は０．０１％以上とすることが好ましい。しかし、Ｓｉ含有量が０．０４％を超えると耐食性が著しく損なわれる。よって、Ｓｉ含有量は０．０４％以下とする。好ましくは０．０３％以下である。
Ｓｉは、固溶強化により鋼を高強度化させる元素である。この効果を得るためには、Ｓｉ含有量は０．０１％以上とすることが好ましい。しかし、Ｓｉ含有量が０．０４％を超えると耐食性が著しく損なわれる。よって、Ｓｉ含有量は０．０４％以下とする。好ましくは０．０３％以下である。
Ｍｎ：０．１０％以上１．２０％以下
Ｍｎは、固溶強化により鋼の強度を増加させる。目標の上降伏強度を確保するには、Ｍｎ含有量を０．１０％以上にする必要がある。よって、Ｍｎ含有量の下限を０．１０％とする。一方、Ｍｎ含有量が１．２０％を超えると耐食性、表面特性が劣る。さらに、全析出物におけるＮｂ含有量に占める、径が２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量の比率が４０％未満となり、局所的な変形が発生し、均一変形能が低下する。よって、Ｍｎ含有量の上限を１．２０％とする。好ましくは、０．２０％以上０．６０％以下である。
Ｍｎは、固溶強化により鋼の強度を増加させる。目標の上降伏強度を確保するには、Ｍｎ含有量を０．１０％以上にする必要がある。よって、Ｍｎ含有量の下限を０．１０％とする。一方、Ｍｎ含有量が１．２０％を超えると耐食性、表面特性が劣る。さらに、全析出物におけるＮｂ含有量に占める、径が２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量の比率が４０％未満となり、局所的な変形が発生し、均一変形能が低下する。よって、Ｍｎ含有量の上限を１．２０％とする。好ましくは、０．２０％以上０．６０％以下である。
Ｐ：０．００７％以上０．１００％以下
Ｐは、固溶強化能が大きい元素である。このような効果を得るためには０．００７％以上の含有が必要である。また、Ｐ含有量を０．００７％未満とするには、脱燐に長時間を要し製造コストが大幅に上昇する。このため、Ｐ含有量は０．００７％以上とする。しかし、Ｐの含有量が０．１００％を超えると、全析出物におけるＮｂ含有量に占める、径が２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量の比率が４０％未満となり、局所的な変形が発生し、均一変形能が低下する。さらに、耐食性に劣るものとなる。このため、Ｐ含有量は０．１００％以下とする。好ましくは、０．００８％以上０．０１５％以下である。
Ｐは、固溶強化能が大きい元素である。このような効果を得るためには０．００７％以上の含有が必要である。また、Ｐ含有量を０．００７％未満とするには、脱燐に長時間を要し製造コストが大幅に上昇する。このため、Ｐ含有量は０．００７％以上とする。しかし、Ｐの含有量が０．１００％を超えると、全析出物におけるＮｂ含有量に占める、径が２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量の比率が４０％未満となり、局所的な変形が発生し、均一変形能が低下する。さらに、耐食性に劣るものとなる。このため、Ｐ含有量は０．１００％以下とする。好ましくは、０．００８％以上０．０１５％以下である。
Ｓ：０．０３０％以下
本発明の缶用鋼板はＣおよびＮの含有量が高く、また、スラブ割れの原因となる析出物を形成するＮｂを含むため、連続鋳造時矯正帯でスラブエッジが割れやすくなる。このスラブ割れを防止する点から、Ｓ含有量は０．０３０％以下にする。好ましくは、Ｓ含有量は０．０２０％以下である。一方、Ｓを０．００５％未満とすると脱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。
本発明の缶用鋼板はＣおよびＮの含有量が高く、また、スラブ割れの原因となる析出物を形成するＮｂを含むため、連続鋳造時矯正帯でスラブエッジが割れやすくなる。このスラブ割れを防止する点から、Ｓ含有量は０．０３０％以下にする。好ましくは、Ｓ含有量は０．０２０％以下である。一方、Ｓを０．００５％未満とすると脱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：０．００１％以上０．１００％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を過剰に添加すると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ため、Ａｌ含有量は０．１００％以下とする。一方、Ａｌ含有量が０．００１％未満になると、脱酸剤としての効果が不十分になり、凝固欠陥の発生を招くとともに製鋼コストが増大するため、Ａｌ含有量は０．００１％以上とする。なお、Ａｌを脱酸剤として十分に機能させ、かつ固溶Ｎによる高強度化の効果を得るためには、Ａｌ含有量を０．０１０％以上０．０６０％以下とすることが好ましい。
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を過剰に添加すると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ため、Ａｌ含有量は０．１００％以下とする。一方、Ａｌ含有量が０．００１％未満になると、脱酸剤としての効果が不十分になり、凝固欠陥の発生を招くとともに製鋼コストが増大するため、Ａｌ含有量は０．００１％以上とする。なお、Ａｌを脱酸剤として十分に機能させ、かつ固溶Ｎによる高強度化の効果を得るためには、Ａｌ含有量を０．０１０％以上０．０６０％以下とすることが好ましい。
Ｎ：０．０１２０％超え０．０２００％以下
Ｎは、固溶強化による鋼板の高強度化のために必要な元素である。固溶強化の効果を発揮させるためには、Ｎ含有量を０．０１２０％超えとする必要がある。一方、Ｎ含有量が多すぎると、連続鋳造において鋳片温度が低下する下部矯正帯でのスラブ割れが生じやすくなる。また、全析出物におけるＮｂ含有量に占める、径が２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量の比率が４０％未満となり、局所的な変形が発生し、均一変形能が低下する。よって、Ｎ含有量は０．０２００％以下とする。好ましくは、０．０１３０％以上０．０１８５％以下である。
Ｎは、固溶強化による鋼板の高強度化のために必要な元素である。固溶強化の効果を発揮させるためには、Ｎ含有量を０．０１２０％超えとする必要がある。一方、Ｎ含有量が多すぎると、連続鋳造において鋳片温度が低下する下部矯正帯でのスラブ割れが生じやすくなる。また、全析出物におけるＮｂ含有量に占める、径が２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量の比率が４０％未満となり、局所的な変形が発生し、均一変形能が低下する。よって、Ｎ含有量は０．０２００％以下とする。好ましくは、０．０１３０％以上０．０１８５％以下である。
Ｎｂ：０．００６０％以上０．０３００％以下
Ｎｂは、炭化物生成能の高い元素であり、微細な炭化物を析出させる。これにより、上降伏強度が上昇する。本発明では、Ｎｂ含有量によって上降伏強度を調整することができる。この効果はＮｂ含有量が０．００６０％以上で生じるため、Ｎｂ含有量の下限は０．００６０％とする。一方、Ｎｂは再結晶温度の上昇をもたらし、Ｎｂ含有量が０．０３００％を超えると、後述の６６０℃以上８００℃以下を均熱温度とする焼鈍において、未再結晶組織が多量に残存することになる。未再結晶が多量に残存すると、鋼板が変形する際にひずみが鋼板に不均一に付与され、全伸びが低下する。また、全析出物におけるＮｂ含有量に占める、径が２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量の比率が４０％未満となり、局所的な変形が発生し、均一変形能が低下する。このため、Ｎｂ含有量の上限は０．０３００％に限定する。好ましくは、０．００８０％以上０．０２００％以下である。
Ｎｂは、炭化物生成能の高い元素であり、微細な炭化物を析出させる。これにより、上降伏強度が上昇する。本発明では、Ｎｂ含有量によって上降伏強度を調整することができる。この効果はＮｂ含有量が０．００６０％以上で生じるため、Ｎｂ含有量の下限は０．００６０％とする。一方、Ｎｂは再結晶温度の上昇をもたらし、Ｎｂ含有量が０．０３００％を超えると、後述の６６０℃以上８００℃以下を均熱温度とする焼鈍において、未再結晶組織が多量に残存することになる。未再結晶が多量に残存すると、鋼板が変形する際にひずみが鋼板に不均一に付与され、全伸びが低下する。また、全析出物におけるＮｂ含有量に占める、径が２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量の比率が４０％未満となり、局所的な変形が発生し、均一変形能が低下する。このため、Ｎｂ含有量の上限は０．０３００％に限定する。好ましくは、０．００８０％以上０．０２００％以下である。
Ｃｒ：０．０４０％以下
Ｃｒは、微細な炭化物の組成および平均析出物間隔に影響を及ぼす元素である。すなわち、Ｃｒ含有量が０．０４０％を超えると、全析出物におけるＮｂ含有量に占める、径が２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量の比率が４０％未満となる。また、全析出物の平均間隔が３０ｎｍ超となり、局所的な変形が発生し、均一変形能が低下する。特に、複数回の加工を経て成形される缶蓋のカール部高さの寸法精度が著しく損なわれることになる。よって、Ｃｒ含有量は０．０４０％以下とする。好ましくは０．０３７％以下である。なお、Ｃｒを０．００１％未満とするためには製鋼コストが過大となるため、Ｃｒの含有量は０．００１％以上とすることが好ましい。
上記した成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物を有する。
Ｃｒは、微細な炭化物の組成および平均析出物間隔に影響を及ぼす元素である。すなわち、Ｃｒ含有量が０．０４０％を超えると、全析出物におけるＮｂ含有量に占める、径が２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量の比率が４０％未満となる。また、全析出物の平均間隔が３０ｎｍ超となり、局所的な変形が発生し、均一変形能が低下する。特に、複数回の加工を経て成形される缶蓋のカール部高さの寸法精度が著しく損なわれることになる。よって、Ｃｒ含有量は０．０４０％以下とする。好ましくは０．０３７％以下である。なお、Ｃｒを０．００１％未満とするためには製鋼コストが過大となるため、Ｃｒの含有量は０．００１％以上とすることが好ましい。
上記した成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物を有する。
次に、本発明に係る缶用鋼板の金属組織について説明する。金属組織としては、全析出物におけるＮｂ含有量に占める、径が２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量の比率が４０％以上であり、かつ全析出物の平均間隔が３０ｎｍ以下であることが肝要である。
［全析出物におけるＮｂ含有量に占める、径が２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量の比率：４０％以上］
本発明の缶用鋼板は、主にフェライト組織で構成され、析出物はＮｂ系の炭化物である組織を有する。この析出物のＮｂ含有量について、全析出物におけるＮｂ含有量に占める、径が２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量の比率（以下、径が２０ｎｍ未満の析出物のＮｂ含有量分率ともいう）を４０％以上とすることが肝要である。
［全析出物におけるＮｂ含有量に占める、径が２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量の比率：４０％以上］
本発明の缶用鋼板は、主にフェライト組織で構成され、析出物はＮｂ系の炭化物である組織を有する。この析出物のＮｂ含有量について、全析出物におけるＮｂ含有量に占める、径が２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量の比率（以下、径が２０ｎｍ未満の析出物のＮｂ含有量分率ともいう）を４０％以上とすることが肝要である。
この径が２０ｎｍ未満の析出物のＮｂ含有量分率が４０％未満になると、均一変形能または缶蓋のカール部高さの寸法精度を確保することが難しくなる。このメカニズムは明確でないが、２０ｎｍ未満の析出物のＮｂ含有量分率が４０％未満になると、径が粗大な析出物が増加し、鋼板の局所的な強度変化が大きくなり、カール加工の寸法精度が低下すると推察される。従って、径が２０ｎｍ未満の析出物のＮｂ含有量分率を４０％以上とする。好ましくは、４５％以上とする。
なお、径が２０ｎｍ未満の析出物のＮｂ含有量分率は７０％以下とすることが好ましい。すなわち、７０％以下であれば、その効果が飽和することなく、鋼板の過剰な析出強化が抑えられ全伸びがより良好となる。
なお、径が２０ｎｍ未満の析出物のＮｂ含有量分率は７０％以下とすることが好ましい。すなわち、７０％以下であれば、その効果が飽和することなく、鋼板の過剰な析出強化が抑えられ全伸びがより良好となる。
ここで、径が２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量は、以下の方法により測定することができる。
すなわち、試料を電解液中で所定量電解した後、試料片を電解液から取り出して分散性を有する溶液中に浸漬する。次いで、この溶液中に含まれる析出物を、孔径２０ｎｍのフィルタを用いてろ過する。この孔径２０ｎｍのフィルタをろ液と共に通過した析出物が、径が２０ｎｍ未満の析出物である。次いで、ろ過後のフィルタ上の残渣と、ろ液に対してＮｂ量を分析し、径が２０ｎｍ以上の析出物と径が２０ｎｍ未満での析出物とにおけるＮｂの含有量を求める。Ｎｂ量の分析には、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光分析法、ＩＣＰ質量分析法および原子吸光分析法等から適宜選択した分析法を用いることができる。径が２０ｎｍ以上の析出物と両者を加算した量を全析出物量として、全析出物におけるＮｂ含有量に占める、析出物径２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量の比率を算出する。
すなわち、試料を電解液中で所定量電解した後、試料片を電解液から取り出して分散性を有する溶液中に浸漬する。次いで、この溶液中に含まれる析出物を、孔径２０ｎｍのフィルタを用いてろ過する。この孔径２０ｎｍのフィルタをろ液と共に通過した析出物が、径が２０ｎｍ未満の析出物である。次いで、ろ過後のフィルタ上の残渣と、ろ液に対してＮｂ量を分析し、径が２０ｎｍ以上の析出物と径が２０ｎｍ未満での析出物とにおけるＮｂの含有量を求める。Ｎｂ量の分析には、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光分析法、ＩＣＰ質量分析法および原子吸光分析法等から適宜選択した分析法を用いることができる。径が２０ｎｍ以上の析出物と両者を加算した量を全析出物量として、全析出物におけるＮｂ含有量に占める、析出物径２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量の比率を算出する。
［全析出物相互の平均間隔：３０ｎｍ以下］
上記した全析出物相互の平均間隔が３０ｎｍ超となると、後述する缶蓋加工で局所的な変形が発生するため、カール部の高さが不均一となってカール部の寸法精度が低下する。したがって、平均間隔は３０ｎｍ以下とする。好ましくは２５ｎｍ以下とする。
上記した全析出物相互の平均間隔が３０ｎｍ超となると、後述する缶蓋加工で局所的な変形が発生するため、カール部の高さが不均一となってカール部の寸法精度が低下する。したがって、平均間隔は３０ｎｍ以下とする。好ましくは２５ｎｍ以下とする。
ここで、カール部の寸法精度は次のように評価する。まず、鋼板より直径６７ｍｍの円形のブランクを採取し、シェル加工およびカール加工を順次プレス成形することにより、缶蓋を作製する。作製した缶蓋のカール部高さを周方向８か所でハイトゲージにより測定し、カール部高さの標準偏差σＨを求めて、σＨが０．０７ｍｍ以下であるものをカール部の寸法精度に優れるとした。
なお、全析出物相互の平均間隔がカール部高さの寸法精度に影響を及ぼすメカニズムは明らかでないが、全析出物相互の平均間隔を抑制することで転位と析出物の相互作用が関与する加工硬化挙動が安定化するものと推察される。
なお、全析出物相互の平均間隔がカール部高さの寸法精度に影響を及ぼすメカニズムは明らかでないが、全析出物相互の平均間隔を抑制することで転位と析出物の相互作用が関与する加工硬化挙動が安定化するものと推察される。
一方、平均間隔が１０ｎｍ以上であれば、その効果が飽和することなく、鋼板の過剰な析出強化が抑えられ、延性はより良好となる。従って、全析出物相互の平均間隔は１０ｎｍ以上が好ましい。
全析出物の平均間隔を測定するに当り、析出物は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて観察する。観察サンプルは、鋼板の表層を電解研磨により研磨した後に抽出レプリカ法で作製した。観察は、加速電圧２００ｋＶ、観察倍率３０万倍の明視野像で実施し、各サンプルにつき３枚撮影した。撮影した画像は、画像解析ソフト（日鉄住金テクノロジー株式会社製ソフト『粒子解析』）にて画像解析を行い、析出物の円相当径と面積率を求めた。円相当径を析出物径、面積率を析出物体積分率として、次式で析出物間隔ｄを求めた。そして、撮像した３枚について求めた析出物間隔ｄの平均を、全析出物の平均間隔とした。
以上の成分組成並びに組織を有する缶用鋼板は、次に示す機械的特性を備えることができる。なお、缶用鋼板は缶形状に成形されたのち、塗装焼付けを施して製品缶とするのが通例であり、本発明の缶用鋼板は塗装焼付け処理に相当する、２１０℃、１０分の熱処理後における機械的特性が、次の要件を満足している。
［上降伏強度：５００ＭＰａ以上６４０ＭＰａ以下］
溶接缶のデント強度、２ピース缶の耐圧強度等を確保するためには、上降伏強度が５００ＭＰａ以上であることが必要になる。一方、６４０ＭＰａ超えの上降伏強度を得ようとすると多量の強化元素含有が必要となる。多量の強化元素含有は耐食性を阻害するおそれがあることに加えて延性が低下するおそれもある。そこで、上降伏強度は６４０ＭＰａ以下とする。好ましくは、５２０ＭＰａ以上６３０ＭＰａ以下である。
［上降伏強度：５００ＭＰａ以上６４０ＭＰａ以下］
溶接缶のデント強度、２ピース缶の耐圧強度等を確保するためには、上降伏強度が５００ＭＰａ以上であることが必要になる。一方、６４０ＭＰａ超えの上降伏強度を得ようとすると多量の強化元素含有が必要となる。多量の強化元素含有は耐食性を阻害するおそれがあることに加えて延性が低下するおそれもある。そこで、上降伏強度は６４０ＭＰａ以下とする。好ましくは、５２０ＭＰａ以上６３０ＭＰａ以下である。
［全伸び：１０％以上］
全伸びは１０％以上であることが必要になる。全伸びが１０％を下回ると、例えば、ビード加工や拡缶加工のような缶胴加工により成形される缶の製造において、クラックなどの割れ発生の不具合が発生するおそれがある。また、全伸びが１０％を下回ると、缶のフランジ加工時にクラックが発生するおそれがある。従って、全伸びの下限は１０％とする。好ましくは１１％以上である。また、全伸びが３０％以下であれば、缶体の寸法精度がより高くなるため、好ましい。
なお、降伏強度と全伸びは「ＪＩＳ Ｚ２２４１」に示される金属材料引張試験方法により測定できる。
全伸びは１０％以上であることが必要になる。全伸びが１０％を下回ると、例えば、ビード加工や拡缶加工のような缶胴加工により成形される缶の製造において、クラックなどの割れ発生の不具合が発生するおそれがある。また、全伸びが１０％を下回ると、缶のフランジ加工時にクラックが発生するおそれがある。従って、全伸びの下限は１０％とする。好ましくは１１％以上である。また、全伸びが３０％以下であれば、缶体の寸法精度がより高くなるため、好ましい。
なお、降伏強度と全伸びは「ＪＩＳ Ｚ２２４１」に示される金属材料引張試験方法により測定できる。
所望の降伏強度と全伸びは、成分組成を調整し、連続焼鈍工程での冷却速度を調整することで得ることができる。５００ＭＰａ以上の降伏強度を得るには、上記の成分組成とし、連続焼鈍工程において均熱後、１０℃／s未満の平均冷却速度で６００℃以上の温度域を一次冷却する。そして、１０℃／s以上の平均冷却速度で１５０℃以下の温度域まで二次冷却し、二次冷間圧延工程における圧下率を３．０％以下とすればよい。
なお、引張試験は「ＪＩＳ Ｚ２２４１」に示される金属材料引張試験方法に準拠して実施する。すなわち、圧延方向に対して直角方向を引張方向とするＪＩＳ ５号引張試験片（ＪＩＳ Ｚ ２２０１）を採取し、２１０℃で１０分間の塗装焼付相当処理を施す。その後、引張試験片平行部に、平行部長さ方向の中心が標点を結ぶ直線上の中央点となるように５０ｍｍ（Ｌ）の標点を付与して、ＪＩＳ Ｚ２２４１の規定に準拠した引張試験を引張速度１０ｍｍ／分で破断するまで実施する。引張試験終了後に破断した位置が、Ｌの中央点をゼロ点として−１／２Ｌ〜１／２Ｌであるものを均一変形能に優れる（局所的な変形が発生しない）とした。全Ｎｂ含有析出物量に占める析出物径２０ｎｍ未満のＮｂ含有析出物量の割合が均一変形能に影響を及ぼすメカニズムは明らかではないが、鋼板の強度上昇に寄与する析出物の粒径分布を制御することで転位と析出物の相互作用が関与する加工硬化挙動が安定化するものと推察される。
なお、本発明の缶用鋼板は、厚みが０．４ｍｍ以下であることが好ましい。
現在、製缶コストの低減を目的として、鋼板の薄肉化が進められている。しかしながら、鋼板の薄肉化、すなわち、鋼板板厚の低減に伴って、缶体強度の低下が懸念される。これに対して、本発明の缶用鋼板は、板厚が薄い場合でも、缶体強度を低下させることがない。板厚が薄い場合に、高延性かつ高強度という本発明の効果が顕著に発揮される。この点から、板厚は０．４ｍｍ以下とすることが好ましい。０．３ｍｍ以下としてもよく、０．２ｍｍ以下としてもよい。
現在、製缶コストの低減を目的として、鋼板の薄肉化が進められている。しかしながら、鋼板の薄肉化、すなわち、鋼板板厚の低減に伴って、缶体強度の低下が懸念される。これに対して、本発明の缶用鋼板は、板厚が薄い場合でも、缶体強度を低下させることがない。板厚が薄い場合に、高延性かつ高強度という本発明の効果が顕著に発揮される。この点から、板厚は０．４ｍｍ以下とすることが好ましい。０．３ｍｍ以下としてもよく、０．２ｍｍ以下としてもよい。
次に、本発明の缶用鋼板の製造方法について説明する。
本発明の鋼板は、上記成分組成からなる鋼素材を、１２００℃以上で加熱し、仕上温度が８５０℃以上および最終スタンドの圧下率が８％以上の条件にて熱間圧延を施し、６４０℃以上７８０℃以下の温度域で巻取る熱間圧延工程と、
前記熱間圧延工程後に圧下率が８６％以上の冷間圧延を行う一次冷間圧延工程と、
前記一次冷間圧延工程後に、６６０℃以上８００℃以下の温度域で均熱保持し、３℃／ｓ以上１０℃／s未満の平均冷却速度で６００℃以上６５０℃以下の温度域まで一次冷却し、１０℃／s以上の平均冷却速度で１５０℃以下の温度域まで二次冷却する連続焼鈍工程と、
圧下率が０．１％以上３．０％以下の冷間圧延を行う二次冷間圧延工程と、
によって、製造することができる。
本発明の鋼板は、上記成分組成からなる鋼素材を、１２００℃以上で加熱し、仕上温度が８５０℃以上および最終スタンドの圧下率が８％以上の条件にて熱間圧延を施し、６４０℃以上７８０℃以下の温度域で巻取る熱間圧延工程と、
前記熱間圧延工程後に圧下率が８６％以上の冷間圧延を行う一次冷間圧延工程と、
前記一次冷間圧延工程後に、６６０℃以上８００℃以下の温度域で均熱保持し、３℃／ｓ以上１０℃／s未満の平均冷却速度で６００℃以上６５０℃以下の温度域まで一次冷却し、１０℃／s以上の平均冷却速度で１５０℃以下の温度域まで二次冷却する連続焼鈍工程と、
圧下率が０．１％以上３．０％以下の冷間圧延を行う二次冷間圧延工程と、
によって、製造することができる。
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、平均冷却速度は表面温度を基に計算して得られた値とする。例えば、均熱温度から６００℃以上の温度域までの平均冷却速度は（（均熱温度−（６００℃以上の温度域））／均熱温度から（６００℃以上の温度域）までの冷却時間）で表される。
まず、上記の鋼素材としては、転炉などを用いた公知の方法により、溶鋼を上記した化学成分に調整し、その後、例えば連続鋳造法により得られるスラブを用いる。
［鋼素材加熱温度：１２００℃以上］
熱間圧延工程の鋼素材の加熱温度は１２００℃以上とする。この加熱温度が１２００℃未満であると、本発明において強度を確保するために必要な固溶Ｎ量が低減し、強度が低下するため、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ため、Ｎの総量（Ｎtotal）からＡｌＮとして存在するＮ量（ＮasAlN）を差し引いた（Ｎtotal−（ＮasAlN））を固溶Ｎ量とみなす。そして、圧延方向の上降伏強度を５００ＭＰａ以上とするためには、固溶Ｎ量は０．０１２１％以上であることが好ましい。この固溶Ｎ量を確保するには、鋼素材加熱温度を１２００℃以上とする。より好ましい固溶Ｎ量は０．０１３０％以上であり、そのためには鋼素材加熱温度を１２２０℃以上とするとよい。鋼素材加熱温度は１３５０℃超としても効果が飽和するため、１３５０℃以下が好ましい。
熱間圧延工程の鋼素材の加熱温度は１２００℃以上とする。この加熱温度が１２００℃未満であると、本発明において強度を確保するために必要な固溶Ｎ量が低減し、強度が低下するため、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ため、Ｎの総量（Ｎtotal）からＡｌＮとして存在するＮ量（ＮasAlN）を差し引いた（Ｎtotal−（ＮasAlN））を固溶Ｎ量とみなす。そして、圧延方向の上降伏強度を５００ＭＰａ以上とするためには、固溶Ｎ量は０．０１２１％以上であることが好ましい。この固溶Ｎ量を確保するには、鋼素材加熱温度を１２００℃以上とする。より好ましい固溶Ｎ量は０．０１３０％以上であり、そのためには鋼素材加熱温度を１２２０℃以上とするとよい。鋼素材加熱温度は１３５０℃超としても効果が飽和するため、１３５０℃以下が好ましい。
［熱間圧延工程の仕上温度：８５０℃以上］
熱間圧延工程の仕上温度が８５０℃未満となると、径が２０ｎｍ未満の析出物のＮｂ含有量分率が４０％未満となり、引張試験で局所的な変形が発生するため８５０℃以上とする。好ましくは８５５℃以上である。一方、必要以上に熱間圧延工程の仕上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。例えば、仕上温度が高くなると鋼板表面のスケール発生が顕著となり、表面性状が損なわれる。具体的には、仕上温度は９５０℃以下とすることが好ましい。より好ましくは９４５℃以下である。
熱間圧延工程の仕上温度が８５０℃未満となると、径が２０ｎｍ未満の析出物のＮｂ含有量分率が４０％未満となり、引張試験で局所的な変形が発生するため８５０℃以上とする。好ましくは８５５℃以上である。一方、必要以上に熱間圧延工程の仕上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。例えば、仕上温度が高くなると鋼板表面のスケール発生が顕著となり、表面性状が損なわれる。具体的には、仕上温度は９５０℃以下とすることが好ましい。より好ましくは９４５℃以下である。
［最終スタンドの圧下率：８％以上］
熱間圧延工程の最終スタンドの圧下率は８％以上とする。最終スタンドの圧下率が８％未満となると、全析出物相互の平均間隔が３０ｎｍ超となり、缶蓋のカール部高さの標準偏差が０．０７ｍｍ超となり、缶蓋のカール部高さの寸法精度が劣化する。従って、最終スタンドの圧下率は８％以上とする。缶蓋のカール部高さの標準偏差を小さくするには、最終スタンドの圧下率は１０％以上とすることが好ましい。最終スタンドの圧下率の上限は、圧延荷重の観点で１５％以下とすることが好ましい。
熱間圧延工程の最終スタンドの圧下率は８％以上とする。最終スタンドの圧下率が８％未満となると、全析出物相互の平均間隔が３０ｎｍ超となり、缶蓋のカール部高さの標準偏差が０．０７ｍｍ超となり、缶蓋のカール部高さの寸法精度が劣化する。従って、最終スタンドの圧下率は８％以上とする。缶蓋のカール部高さの標準偏差を小さくするには、最終スタンドの圧下率は１０％以上とすることが好ましい。最終スタンドの圧下率の上限は、圧延荷重の観点で１５％以下とすることが好ましい。
［巻取温度：６４０℃以上７８０℃以下］
熱間圧延工程の巻取温度が６４０℃未満となると、径が２０ｎｍ未満の析出物のＮｂ含有量分率が４０％未満となって引張試験で局所的な変形が発生するため、巻取温度は６４０℃以上とする。一方、巻取温度が７８０℃より高くなると、連続焼鈍後の鋼板のフェライトの一部が粗大化し、鋼板が軟質化し、上降伏強度が５００ＭＰａ未満となるため、巻取温度は７８０℃以下とする。好ましくは６６０℃以上７６０℃以下である。
熱間圧延工程の巻取温度が６４０℃未満となると、径が２０ｎｍ未満の析出物のＮｂ含有量分率が４０％未満となって引張試験で局所的な変形が発生するため、巻取温度は６４０℃以上とする。一方、巻取温度が７８０℃より高くなると、連続焼鈍後の鋼板のフェライトの一部が粗大化し、鋼板が軟質化し、上降伏強度が５００ＭＰａ未満となるため、巻取温度は７８０℃以下とする。好ましくは６６０℃以上７６０℃以下である。
［酸洗］
その後、必要に応じて酸洗を行うことが好ましい。酸洗は、鋼板の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、酸洗以外の方法でスケールを除去してもよい。
その後、必要に応じて酸洗を行うことが好ましい。酸洗は、鋼板の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、酸洗以外の方法でスケールを除去してもよい。
次に、冷間圧延は、焼鈍を挟む２回に分けて行う。
［一次冷間圧延圧下率：８６％以上］
まず、一次冷間圧延工程の圧下率は８６％以上とする。一次冷間圧延工程の圧下率が８６％未満となると、冷間圧延で鋼板に付与されるひずみが低下するため、連続焼鈍後の鋼板の上降伏強度を５００ＭＰａ以上とすることが困難となる。したがって、一次冷間圧延工程の圧下率は８６％以上とする。好ましくは８７％以上９４％以下とする。
なお、熱間圧延工程後の一次冷間圧延工程前に、適宜他の工程が含まれても良い。また、熱間圧延工程の直後に酸洗を行わずに、一次冷間圧延工程を行っても良い。
［一次冷間圧延圧下率：８６％以上］
まず、一次冷間圧延工程の圧下率は８６％以上とする。一次冷間圧延工程の圧下率が８６％未満となると、冷間圧延で鋼板に付与されるひずみが低下するため、連続焼鈍後の鋼板の上降伏強度を５００ＭＰａ以上とすることが困難となる。したがって、一次冷間圧延工程の圧下率は８６％以上とする。好ましくは８７％以上９４％以下とする。
なお、熱間圧延工程後の一次冷間圧延工程前に、適宜他の工程が含まれても良い。また、熱間圧延工程の直後に酸洗を行わずに、一次冷間圧延工程を行っても良い。
一次冷間圧延後の焼鈍工程では、６６０℃以上８００℃以下の温度域で均熱保持し、１０℃／s未満の平均冷却速度で６００℃以上の温度域まで冷却する一次冷却を行う。次いで、１０℃／s以上の平均冷却速度で１５０℃以下の温度域まで冷却する二次冷却を行う。
［均熱温度：６６０℃以上８００℃以下］
焼鈍工程における均熱処理は、６６０℃以上８００℃以下の温度で行う。均熱温度を８００℃超とすると、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、鋼板が軟質化して上降伏強度が５００ＭＰａ未満となる。焼鈍温度が６６０℃未満であると、フェライト粒の再結晶が不完全となり、未再結晶が残存する。未再結晶が残存すると、鋼板が変形する際にひずみが鋼板に不均一に付与され、局所的な変形が発生し、全伸びが低下する。従って、均熱温度は、６６０℃以上８００℃以下の温度で行う。好ましくは、６８０℃以上７６０℃以下の温度で行う。
焼鈍工程における均熱処理は、６６０℃以上８００℃以下の温度で行う。均熱温度を８００℃超とすると、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、鋼板が軟質化して上降伏強度が５００ＭＰａ未満となる。焼鈍温度が６６０℃未満であると、フェライト粒の再結晶が不完全となり、未再結晶が残存する。未再結晶が残存すると、鋼板が変形する際にひずみが鋼板に不均一に付与され、局所的な変形が発生し、全伸びが低下する。従って、均熱温度は、６６０℃以上８００℃以下の温度で行う。好ましくは、６８０℃以上７６０℃以下の温度で行う。
なお、６６０℃以上８００℃以下の均熱温度での保持時間が６０秒以下であれば、鋼板の含有するＣのフェライト粒界への偏析がより抑制され、焼鈍工程の冷却過程で炭化物として析出することを防ぐことができる。そのため、鋼板強度に寄与する固溶Ｃ量を保つことができ、それに伴い上降伏強度を安定して確保することができる。従って、６６０℃以上８００℃以下の均熱温度での保持時間は、好ましくは６０秒以下とする。なお、保持時間が５秒以上であれば、均熱帯において鋼板がロールを通板する際に均熱温度がより安定するため、好ましくは保持時間を５秒以上とする。
［一次冷却：３℃／ｓ以上１０℃／s未満の平均冷却速度で６００℃以上６５０℃以下の温度域まで冷却］
前記均熱後、１０℃／s未満の平均冷却速度で６００℃以上６５０℃以下の温度域まで冷却する。平均冷却速度が１０℃／ｓ以上となると、冷却中に炭化物の析出が促進されて、鋼板強度に寄与する固溶Ｃ量が低減し、上降伏強度が低下する。一方、平均冷却速度が３℃／ｓ未満となると、径が２０ｎｍ未満の析出物のＮｂ含有量分率が４０％未満となり、缶蓋のカール部高さの寸法精度が低下するため、平均冷却速度は３℃／ｓ以上とする。また、均熱後の一次冷却における冷却停止温度が６００℃未満となると、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量が低減し、上降伏強度が低下する。このため、冷却停止温度は６００℃以上とする。より好ましくは、均熱後の一次冷却における冷却停止温度は６２０℃以上とする。均熱後の一次冷却における冷却停止温度が６５０℃を超えると、径が２０ｎｍ未満の析出物のＮｂ含有量分率が４０％未満となり、缶蓋のカール部高さの寸法精度が低下するため、冷却停止温度は６５０℃以下とする。
前記均熱後、１０℃／s未満の平均冷却速度で６００℃以上６５０℃以下の温度域まで冷却する。平均冷却速度が１０℃／ｓ以上となると、冷却中に炭化物の析出が促進されて、鋼板強度に寄与する固溶Ｃ量が低減し、上降伏強度が低下する。一方、平均冷却速度が３℃／ｓ未満となると、径が２０ｎｍ未満の析出物のＮｂ含有量分率が４０％未満となり、缶蓋のカール部高さの寸法精度が低下するため、平均冷却速度は３℃／ｓ以上とする。また、均熱後の一次冷却における冷却停止温度が６００℃未満となると、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量が低減し、上降伏強度が低下する。このため、冷却停止温度は６００℃以上とする。より好ましくは、均熱後の一次冷却における冷却停止温度は６２０℃以上とする。均熱後の一次冷却における冷却停止温度が６５０℃を超えると、径が２０ｎｍ未満の析出物のＮｂ含有量分率が４０％未満となり、缶蓋のカール部高さの寸法精度が低下するため、冷却停止温度は６５０℃以下とする。
［二次冷却：１０℃／s以上の平均冷却速度で１５０℃以下の温度域まで冷却］
一次冷却後の二次冷却では、１０℃／s以上の平均冷却速度で１５０℃以下の温度域まで冷却する。平均冷却速度が１０℃／ｓ未満となると、径が２０ｎｍ未満の析出物のＮｂ含有量分率が４０％未満となり、引張試験で局所的な変形が発生する。好ましくは１２℃／s以上である。一方、平均冷却速度が３０℃／ｓ超となると、得られる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ため、二次冷却での平均冷却速度は３０℃／ｓ以下が好ましい。より好ましくは２５℃／ｓ以下である。二次冷却では１５０℃以下まで冷却する。１５０℃超となると、鋼板強度に寄与する固溶Ｃ量が低減し、上降伏強度が低下する。好ましくは１４５℃以下である。一方、冷却停止温度が１００℃未満となると、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ため１００℃以上が好ましい。より好ましくは１２０℃以上である。
なお、焼鈍には連続焼鈍装置を用いることが好ましい。また、一次冷間圧延工程後の焼鈍工程前に適宜他の工程が含まれても良いし、一次冷間圧延工程の直後に焼鈍工程を行っても良い。
一次冷却後の二次冷却では、１０℃／s以上の平均冷却速度で１５０℃以下の温度域まで冷却する。平均冷却速度が１０℃／ｓ未満となると、径が２０ｎｍ未満の析出物のＮｂ含有量分率が４０％未満となり、引張試験で局所的な変形が発生する。好ましくは１２℃／s以上である。一方、平均冷却速度が３０℃／ｓ超となると、得られる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ため、二次冷却での平均冷却速度は３０℃／ｓ以下が好ましい。より好ましくは２５℃／ｓ以下である。二次冷却では１５０℃以下まで冷却する。１５０℃超となると、鋼板強度に寄与する固溶Ｃ量が低減し、上降伏強度が低下する。好ましくは１４５℃以下である。一方、冷却停止温度が１００℃未満となると、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ため１００℃以上が好ましい。より好ましくは１２０℃以上である。
なお、焼鈍には連続焼鈍装置を用いることが好ましい。また、一次冷間圧延工程後の焼鈍工程前に適宜他の工程が含まれても良いし、一次冷間圧延工程の直後に焼鈍工程を行っても良い。
［二次冷間圧延圧下率：０．１％以上３．０％以下］
本発明の鋼板は極薄材で全伸び１０％以上を確保する必要がある。本発明において、焼鈍後の二次冷間圧延を通常行われるＤＲ材製造条件と同様の圧下率（２０％以上）で行うと、加工時に導入される歪が多くなるため全伸びが低下する。また、二次冷間圧延では鋼板の加工硬化が不均一に導入されるため、圧下率が過大であると製造後の鋼板を変形させる際に局所的な変形が生じ、十分な均一変形能が得られない。これらの理由から、二次冷間圧延での圧下率は３．０％以下とする。鋼板の均一変形能を高めるためには、二次冷間圧延率は低い方が望ましく、好ましくは二次冷間圧延での圧下率は１．０％未満とする。一方、二次冷間圧延には鋼板の表面粗さ付与の役割があり、均一に鋼板に表面粗さを付与するために二次冷間圧延の圧下率は０．１％以上にする必要がある。好ましくは、０．２％以上１．０％未満である。
本発明の鋼板は極薄材で全伸び１０％以上を確保する必要がある。本発明において、焼鈍後の二次冷間圧延を通常行われるＤＲ材製造条件と同様の圧下率（２０％以上）で行うと、加工時に導入される歪が多くなるため全伸びが低下する。また、二次冷間圧延では鋼板の加工硬化が不均一に導入されるため、圧下率が過大であると製造後の鋼板を変形させる際に局所的な変形が生じ、十分な均一変形能が得られない。これらの理由から、二次冷間圧延での圧下率は３．０％以下とする。鋼板の均一変形能を高めるためには、二次冷間圧延率は低い方が望ましく、好ましくは二次冷間圧延での圧下率は１．０％未満とする。一方、二次冷間圧延には鋼板の表面粗さ付与の役割があり、均一に鋼板に表面粗さを付与するために二次冷間圧延の圧下率は０．１％以上にする必要がある。好ましくは、０．２％以上１．０％未満である。
以上により、本発明の缶用鋼板が得られる。なお、本発明では、二次冷間圧延工程後に、さらに種々の工程を行うことが可能である。例えば、本発明の缶用鋼板に対して、表面にさらにめっき層を形成してもよい。めっき層としては、Ｓｎめっき層、ティンフリー等のＣｒめっき層、Ｎｉめっき層、Ｓｎ−Ｎｉめっき層などである。また、塗装焼付け処理やフィルムラミネート等の工程を行ってもよい。
なお、めっきやラミネートフィルム等の膜厚は板厚に対して十分に小さいため、缶用鋼板の機械特性への影響は無視できる。
なお、めっきやラミネートフィルム等の膜厚は板厚に対して十分に小さいため、缶用鋼板の機械特性への影響は無視できる。
表１に示す成分組成を有し、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、表２および３に示す鋼素材加熱温度、仕上圧延温度、最終スタンド圧下率、巻取温度での熱間圧延を施した。この熱間圧延後には酸洗を行った。次いで、表２および３に示す圧下率で一次冷間圧延を行い、表２および３に示す連続焼鈍条件にて連続焼鈍し、引き続き、表２および３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Ｓｎめっきを施して、Ｓｎめっき鋼板（ぶりき）を得た。
以上にしたがって得られた鋼板に対して、２１０℃、１０分の塗装焼付け処理に相当する熱処理を行った後、引張試験を行い上降伏強度及び全伸びを測定した。また、耐食性と析出物を調査するとともに、缶蓋加工を行ない、缶蓋のカール部高さを測定した。測定方法、調査方法は以下の通りである。
以上にしたがって得られた鋼板に対して、２１０℃、１０分の塗装焼付け処理に相当する熱処理を行った後、引張試験を行い上降伏強度及び全伸びを測定した。また、耐食性と析出物を調査するとともに、缶蓋加工を行ない、缶蓋のカール部高さを測定した。測定方法、調査方法は以下の通りである。
引張試験は「ＪＩＳ Ｚ２２４１」に示される金属材料引張試験方法に準拠して実施した。すなわち、上記Ｓｎめっき鋼板から圧延方向に対して直角方向を引張方向とするＪＩＳ５号引張試験片（ＪＩＳ Ｚ２２０１）を採取し、２１０℃で１０分間の塗装焼付相当処理を施した。その後、引張試験片の平行部に、平行部長さ方向の中心が標点を結ぶ直線上の中央点となるように５０mm（Ｌ）の標点を付与して、ＪＩＳ Ｚ２２４１の規定に準拠した引張試験を、引張速度１０mm／minで破断するまで実施した。均一変形能評価において、破断した位置がＬの中央点をゼロ点として−１／２Ｌ〜１／２Ｌであるものを合格（〇）、破断した位置が−１／４Ｌ〜１／４Ｌであるものを合格（◎）、破断した位置が標点間の外側であるものを不合格（×）とした。
全析出物におけるＮｂ含有量に占める、析出物径が２０ｎｍ未満の析出物のＮｂ含有量の比率
上記Ｓｎめっき鋼板のＳｎめっきを剥離して適当な大きさに切断し、１０％ＡＡ系電解液（１０ｖｏｌ％アセチルアセトン−１ｍａｓｓ％塩化テトラメチルアンモニウム−メタノール）中で、約０．２ｇの試験片を電流密度２０ｍＡ／ｃｍ２で定電流電解した。電解後の、表面に析出物が付着している試料片を電解液から取り出し、ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液（５００ｍｇ／ｌ：以下、ＳＨＭＰ水溶液と称す）中に浸漬し、超音波振動を与え、析出物を試料片から剥離しＳＨＭＰ水溶液中に抽出した。次いで、この溶液中に含まれる析出物を、孔径２０ｎｍのフィルタを用いてろ過した。ろ過後のフィルタ上の残渣およびろ液に対して、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光分析法を用いて分析し、フィルタ上の残渣中およびろ液中のＮｂの絶対量を測定した。フィルタ上の残渣に対する測定値は、大きさ２０ｎｍ以上の析出物量を示し、ろ液に対する測定値は大きさ２０ｎｍ未満の析出物量を示す。両者を加算した量を全析出物量として、全析出物におけるＮｂ含有量に占める、析出物径２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量の比率を算出した。
上記Ｓｎめっき鋼板のＳｎめっきを剥離して適当な大きさに切断し、１０％ＡＡ系電解液（１０ｖｏｌ％アセチルアセトン−１ｍａｓｓ％塩化テトラメチルアンモニウム−メタノール）中で、約０．２ｇの試験片を電流密度２０ｍＡ／ｃｍ２で定電流電解した。電解後の、表面に析出物が付着している試料片を電解液から取り出し、ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液（５００ｍｇ／ｌ：以下、ＳＨＭＰ水溶液と称す）中に浸漬し、超音波振動を与え、析出物を試料片から剥離しＳＨＭＰ水溶液中に抽出した。次いで、この溶液中に含まれる析出物を、孔径２０ｎｍのフィルタを用いてろ過した。ろ過後のフィルタ上の残渣およびろ液に対して、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光分析法を用いて分析し、フィルタ上の残渣中およびろ液中のＮｂの絶対量を測定した。フィルタ上の残渣に対する測定値は、大きさ２０ｎｍ以上の析出物量を示し、ろ液に対する測定値は大きさ２０ｎｍ未満の析出物量を示す。両者を加算した量を全析出物量として、全析出物におけるＮｂ含有量に占める、析出物径２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量の比率を算出した。
耐食性
上記Ｓｎ鋼板におけるＳｎめっきの片面付着量を１１．２ｇ／ｍ２とし、Ｓｎめっきが薄くなって穴状に観察される部位の個数を計測した。光学顕微鏡５０倍において測定面積２．７ｍｍ2で観察を行った。個数が２０個以下の場合を○、２１個以上の場合を×とした。
上記Ｓｎ鋼板におけるＳｎめっきの片面付着量を１１．２ｇ／ｍ２とし、Ｓｎめっきが薄くなって穴状に観察される部位の個数を計測した。光学顕微鏡５０倍において測定面積２．７ｍｍ2で観察を行った。個数が２０個以下の場合を○、２１個以上の場合を×とした。
缶蓋加工
缶蓋は、上記Ｓｎめっき鋼板より直径６７ｍｍの円形のブランクを採取し、シェル加工、カール加工を順次加工することで作製した。作製した缶蓋のカール部高さを周方向8か所でハイトゲージにより測定し、カール部高さの標準偏差σＨを求めた。σＨが０．０７ｍｍ以下であるものを合格（○）、σＨが０．０７ｍｍ超であるものを不合格（×）とした。
以上により得られた評価結果を表２および表３に示す。
缶蓋は、上記Ｓｎめっき鋼板より直径６７ｍｍの円形のブランクを採取し、シェル加工、カール加工を順次加工することで作製した。作製した缶蓋のカール部高さを周方向8か所でハイトゲージにより測定し、カール部高さの標準偏差σＨを求めた。σＨが０．０７ｍｍ以下であるものを合格（○）、σＨが０．０７ｍｍ超であるものを不合格（×）とした。
以上により得られた評価結果を表２および表３に示す。
表２および表３より、本発明例では、均一変形能に優れて高延性かつ高強度缶用鋼板が得られていた。さらに、耐食性と缶蓋のカール部高さの寸法精度も優れていた。
本発明によれば、高強度で優れた延性を有し、かつ均一変形能の優れた缶用鋼板が得られる。さらに腐食性の強い内容物に対しても耐食性が良好な缶用鋼板が得られる。したがって、本発明は、高加工度の缶胴加工を伴う３ピース缶、ボトム部が数％加工される２ピース缶および缶蓋を主用途とする、缶用鋼板として最適である。
Claims (2)
- 質量％で、
Ｃ：０．０２０％以上０．１３０％以下、
Ｓｉ：０．０４％以下、
Ｍｎ：０．１０％以上１．２０％以下、
Ｐ：０．００７％以上０．１００％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．００１％以上０．１００％以下、
Ｎ：０．０１２０％超え０．０２００％以下、
Ｎｂ：０．００６０％以上０．０３００％以下および
Ｃｒ：０．０４０％以下
を含み、残部はＦｅおよび不可避的不純物の成分組成を有し、全析出物におけるＮｂ含有量に占める、径が２０ｎｍ未満の析出物におけるＮｂ含有量の比率が４０％以上であり、全析出物の平均間隔が３０ｎｍ以下であり、２１０℃、１０分の熱処理後における上降伏強度が５００ＭＰａ以上６４０ＭＰａ以下および全伸びが１０％以上であり、
ＪＩＳ Ｚ２２４１に準拠した金属材料引張試験方法において、引張試験片の平行部に、平行部長さ方向の中心が標点を結ぶ直線上の中央点となるように標点距離Ｌが５０ｍｍである標点を付与し、引張速度１０ｍｍ／ｍｉｎで破断した位置が、前記Ｌの中央点をゼロ点として−１／２Ｌ〜１／２Ｌである、缶用鋼板。 - 請求項１に記載する缶用鋼板を製造する方法であって、
質量％で、
Ｃ：０．０２０％以上０．１３０％以下、
Ｓｉ：０．０４％以下、
Ｍｎ：０．１０％以上１．２０％以下、
Ｐ：０．００７％以上０．１００％以下、
Ｓ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．００１％以上０．１００％以下、
Ｎ：０．０１２０％超え０．０２００％以下、
Ｎｂ：０．００６０％以上０．０３００％以下および
Ｃｒ：０．０４０％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する鋼素材を１２００℃以上で加熱し、仕上温度が８５０℃以上および最終スタンドの圧下率が８％以上の条件にて熱間圧延を施し、６４０℃以上７８０℃以下の温度域で巻取る熱間圧延工程と、
前記熱間圧延工程後に圧下率が８６％以上の冷間圧延を行う一次冷間圧延工程と、
前記一次冷間圧延工程後に、６６０℃以上８００℃以下の温度域で均熱保持し、３℃／ｓ以上１０℃／ｓ未満の平均冷却速度で６００℃以上６５０℃以下の温度域まで一次冷却し、１０℃／ｓ以上の平均冷却速度で１５０℃以下の温度域まで二次冷却する焼鈍工程と、
圧下率が０．１％以上３．０％以下の冷間圧延を行う二次冷間圧延工程と、
を有する缶用鋼板の製造方法。
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