JP6822617B1 - 缶用鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
なお、本明細書において、「r値」とは、塑性歪み比を示すランクフォード値のことである。また、本明細書において、「Δr」は、後述する式に従って算出することができる。
(1)質量%で、
C:0.010%以上0.080%以下、
Si:0.05%以下、
Mn:0.10%以上0.70%以下、
P:0.03%以下、
S:0.020%以下、
Al:0.005%以上0.020%以下
およびN:0.0120%以上0.0180%以下を含有し、
残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成を有し、
r値の面内異方性Δrが−0.3以上0.3以下
である、缶用鋼板。
Ti:0.005以上0.020%以下、
Nb:0.005以上0.020%以下、
Mo:0.01以上0.05%以下、
Cr:0.04以上0.10%以下、
B:0.0005以上0.0060%以下、
Ca:0.0010以上0.01%以下、
Ni:0.05以上0.15%以下および
Cu:0.05以上0.20%以下
のうちの、一種以上を含有する、前記(1)に記載の缶用鋼板。
質量%で、
C:0.010%以上0.080%以下、
Si:0.05%以下、
Mn:0.10%以上0.70%以下、
P:0.03%以下、
S:0.020%以下、
Al:0.005%以上0.020%以下および
N:0.0120%以上0.0180%以下を含有し、
残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成を有し、
r値の面内異方性Δrが−0.3以上0.3以下である、ことを特徴とする。
そして、本発明の缶用鋼板は、上記成分組成を有するスラブを1180℃以上に加熱し、仕上げ温度820℃以上にて熱間圧延した後、640℃超700℃以下にて巻取り、85%以上の圧延率で一次冷間圧延し、620℃以上690℃以下で焼鈍し、圧延率20%超40%以下で二次冷間圧延することで、製造することができる。
C:0.010%以上0.080%以下
Cは、強度向上に重要な元素であり、0.010%以上とすることで、高強度、具体的には時効処理後の圧延方向の引張強さを650MPa以上とするのに寄与する。好ましくはC量は0.020%以上である。一方、C量が0.080%を超えるとr値の面内異方性Δrが−0.3よりも低下し、絞り成形性が低下するため、C量の上限を0.080%以下とする必要がある。好ましくはC量は0.040%以下である。
Siは、多量に添加すると、Siの表面濃化により表面処理性が劣化し、耐食性が低下するため、Si量を0.05%以下とする必要があり、好ましくは0.03%以下である。一方、Siは引張強さの向上に寄与するため、Siの下限は0.01%とすることが好ましい。
Mnは、固溶強化により鋼板の引張強さを向上させる効果や、MnSを形成することにより、鋼中に含まれるSに起因する熱間延性の低下を防止する効果がある。この効果を得るためには0.10%以上のMnの添加が必要である。特に、鋼板の高強度化の観点からは、Mnを0.20%以上添加することが好ましく、さらには0.50%以上が好ましい。一方、Mnが0.70%を超えると、面内異方性が劣化する。従って、Mn量は0.70%以下とする。好ましくはMn量は0.65%以下である。
Pは、多量に添加すると過剰な硬質化や、Pの鋼板中央部への偏析により絞り成形性が低下し、また、耐食性が低下する。このためP量の上限は0.03%とする。好ましくはP量は0.02%以下である。なお、P量を0.01%未満に低減するには、製錬コストなどのコストの増加を伴う。したがって、経済性の観点からは、P量を0.01%以上とすることが好ましい。
Sは、鋼中で硫化物を形成して、熱間延性を低下させ、熱間圧延における加工性を低下させる。よって、S量の上限は0.020%以下とする。好ましくはS量は0.015%以下である。なお、S量が0.008%以上であれば、缶の内容物によらず孔食を防ぐことができるため、S量は0.008%以上とすることが好ましい。
Alは、脱酸剤として添加される元素である。この効果を得るためには、0.005%以上のAlの添加が必要である。鋼中にAlが過剰に存在する場合、Nと結合してAlNが形成され、鋼中の固溶Nを減少させる結果、鋼板の引張強さが低下する。したがって、Al量は0.020%以下とする必要がある。Al量は、好ましくは0.008%〜0.019%であり、より好ましくは0.011%〜0.016%である。Al量は、0.008%以上が好ましく、0.011%以上がより好ましく、0.019%以下が好ましく、0.016%以下がより好ましい。
Nは、固溶強化元素として、鋼板の高強度化に寄与する。この効果のため、N量として0.0120%以上の添加が必要である。一方、Nが多量に添加されると、r値の面内異方性Δrが顕著に低下し、絞り成形性が低下するため、N量の上限は0.0180%とする。好ましくは、N量は0.0135%〜0.0165%である。N量は、0.0135%以上が好ましく、0.0165%以下が好ましい。
本発明の缶用鋼板は、以上の諸成分を含み、残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成を基本成分とする。
Ti:0.005%以上0.020%以下、
Nb:0.005%以上0.020%以下、
Mo:0.01%以上0.05%以下、
Cr:0.04%以上0.10%以下、
B:0.0005%以上0.0060%以下、
Ca:0.0010%以上0.01%以下、
Ni:0.05%以上0.15%以下および
Cu:0.05%以上0.20%以下
のうちの、一種以上を含有することができる。
Tiは、析出強化元素として、鋼板の高強度化に寄与する。この効果のため、Tiを0.005%以上添加することが好ましい。一方、Tiを多量に添加すると、鋼板の異方性が過度に大きくなるため、Ti量は0.020%以下とすることが好ましい。
Nbは、析出強化元素として、鋼板の高強度化に寄与する。この効果のため、Nbを0.005%以上添加することが好ましい。一方、Nbを多量に添加すると、鋼板の異方性が過度に大きくなるため、0.02%以下とすることが好ましい。
Moは、析出強化元素として作用し、また組織を細粒化することにより、鋼板の高強度化に寄与する。この効果のため、Moを0.01%以上添加することが好ましい。しかし、Moを多量に添加しても効果が飽和するため、Mo量は0.05%以下とすることが好ましい。
Crは、析出強化元素として、鋼板の高強度化に寄与する。この効果のため、Crを0.04%以上添加することが好ましい。Crを多量に添加した場合、粗大な析出物となって高強度化の効果が飽和するため、Cr量は0.10%以下とすることが好ましい。
Bは、細粒化により、鋼板の高強度化に寄与する。この効果のため、Bを0.0005%以上添加することが好ましい。Bを多量に添加しても効果が飽和するだけではなく、鋼板のr値の面内異方性Δrの絶対値が大きくなるため、B量は0.0060%以下とすることが好ましい。
Caには、硫化物を微細化して熱間延性を向上させる効果がある。また、Caには、CaがSと結びつくことにより、化合物MnSを生成するMnの量を低減させつつ、固溶強化に寄与するMn量の割合を増加させて、鋼板の高強度化に寄与する効果がある。このため、Caを0.0010%以上添加することが好ましい。Caを多量に添加しても効果が飽和するのみならず、粗大な介在物となって絞り成形性が劣化する場合がある。したがって、Ca量は0.01%以下とすることが好ましい。
Niは、固溶強化や細粒化により、鋼板の高強度化に寄与する。この効果のため、Niを0.05%以上添加することが好ましい。Niを多量に添加した場合、表面性状の劣化が顕著になるため、Ni量は0.15%以下とすることが好ましい。
Cuは、固溶強化や細粒化により、鋼板の高強度化に寄与する。この効果のため、Cuを0.05%以上添加することが好ましい。多量に添加した場合、表面性状の劣化が顕著になるため、Cu量は0.20%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.15%以下とする。
r値の面内異方性Δr:−0.3以上0.3以下
DRD缶胴や瓶蓋を良好な絞り成形性のもとに成形するためには、r値の面内異方性の指標であるΔrが−0.3以上0.3以下である必要がある。ここで、ΔrはΔr=(r0+r90−2・r45)/2の式で表される。Δrが上記範囲を外れるほど、r値の異方性が大きくなり、絞り成形時にフランジ部のいわゆる「耳」が大きくなるので、良好な形状が得られない。すなわち、Δrが上記範囲を外れると、絞り成形後のフランジ部の幅の変動が大きくなるので、缶用鋼板において均一なフランジ幅の形状が得られる健全な絞り成形が実現されない。
Δrは、好ましくは−0.25以上0.25以下である。
DRD缶胴や瓶蓋の耐圧強度を確保するためには、鋼板の圧延方向の引張強さを650MPa以上とすることが好ましい。引張強さを650MPa以上とすることで鋼板を薄肉化しても十分な耐圧強度を確保することが出来る。DR材の場合、一般的に圧延直角方向に比べて圧延方向のほうが、引張強さが低いため、本明細書では圧延方向の引張強さで評価する。また、缶用鋼板は焼付け塗装して使用されることが多いため、本明細書では、焼付け塗装に相当する210℃、10minの時効処理後の特性にて評価する。板厚を特に薄くする場合には、鋼板の圧延方向の引張強さを680MPa以上とすることが好ましい。一方、過度に高強度化した場合、成形時にシワなどの成形不良の発生が顕著になるため、引張強さを800MPa以下とすることが好ましい。
本発明の缶用鋼板は、上記成分組成を有するスラブを、1180℃以上に加熱する工程と、加熱されたスラブを仕上げ温度820℃以上にて熱間圧延する工程と、熱間圧延された熱延板を640℃超700℃以下にて巻取る工程と、巻き取られた熱延板を85%以上の圧延率で一次冷間圧延する工程と、一次冷間圧延された冷延板を620℃以上690℃以下で焼鈍する工程と、焼鈍された焼鈍板を圧延率20%超40%以下で二次冷間圧延する工程とを経て製造することができる。
熱間圧延前のスラブの加熱温度が低すぎると、AlNの一部が未溶解となり、固溶N量が低下して、引張強さが低下する。したがって、スラブを加熱する工程においては、1180℃以上の加熱温度が必要である。好ましい加熱温度は1200℃以上である。加熱温度の上限は特に規定しないが、1300℃以下であればスケール起因の表面欠陥を避けることが容易になるため、上限は1300℃とすることが好ましい。
熱間圧延する工程における仕上げ温度が820℃未満であると、上記したΔrが所定の範囲外の値となり、絞り成形性が悪化する。したがって、仕上げ温度は820℃以上とする必要がある。好ましい仕上げ温度は860℃以上である。仕上げ温度の上限は特に限定しないが、930℃以下であればより微細な粒径の鋼板が得られるため、好ましい。
巻き取る工程における巻取温度が640℃以下では、鋼中でのセメンタイトの生成が不十分になり、固溶Cが過剰な状態のまま次工程の一次冷間圧延が施されるため、上記Δrが所定の範囲外の値となり、絞り成形性が悪化する。そのため、巻取温度は640℃超とする必要がある。好ましい巻取温度は650℃以上である。一方、巻取温度が700℃を超えると、熱延板の粒径が粗大になるため、最終的な鋼板の粒径も粗大となり、引張強さが低下する。したがって、巻き取り温度は700℃以下とする必要がある。好ましい巻取温度は680℃以下である。
一次冷間圧延する工程における圧延率は、焼鈍後のフェライト粒径を微細化して、引張強さを向上させる目的で、85%以上とする必要がある。当該圧延率は、好ましくは86%以上である。一方、圧延率が91.4%以下であれば上記Δrを小さく制御することが容易であるため、好ましい。さらに好ましくは、一次冷間圧延、および後述の二次冷間圧延の圧延率を合計したトータル冷間圧延率を90.5%以下とし、より好ましくは90.0%以下とする。
絞り成形性を確保するには、焼鈍中に十分に再結晶させる必要がある。そのためには、一次冷間圧延する工程で得られた冷延版を焼鈍する工程において、焼鈍温度は620℃以上とする必要がある。一方、焼鈍温度が高すぎると、フェライト粒径が粗大化して、引張強さが低下する。したがって、焼鈍温度は690℃以下とする必要がある。焼鈍温度は640℃以上が好ましく、680℃以下が好ましく、640℃〜680℃がより好ましい。なお、焼鈍時間は10s以上とすることが好ましい。また、焼鈍方法は限定するものではないが、材質の均一性の観点から連続焼鈍法とすることが好ましい。さらに、焼鈍後の冷却条件は特に限定するものではないが、固溶Cの作用により高強度化する観点からは、焼鈍後、500℃から300℃までの温度域を50℃/s以上の冷却速度で冷却することがさらに好ましい。
上記の焼鈍後に得られる焼鈍板は、二次冷間圧延により高強度化され、板厚の薄い鋼板に仕上げられる。時効処理後の鋼板における圧延方向の引張強さを650MPa以上とするためには、二次冷間圧延する工程における圧延率を20%超とする必要がある。好ましい圧延率は22%以上である。一方、二次冷間圧延率が高すぎると、絞り成形性が悪化する。したがって、圧延率は40%以下とする必要がある。特に高い絞り成形性が要求される場合には、圧延率を35%以下とすることが好ましい。
210℃、10分の焼付け塗装相当の時効処理を行ったのち、JIS Z 2241に規定される5号引張試験を引張方向が圧延方向になるように採取し、JIS Z2241に従い、引張強さを評価した。
ASTM A623Mに記載の固有振動法(モジュールr)にてr値の面内異方性Δrを測定、評価した。
得られた鋼板より直径160mmでブランクを打抜き、絞り−再絞り成形にて、直径82.8mm、高さ45.5mmの缶体を作製した。さらに缶底に、直径70mmおよび40mmのビード加工(深さ0.5mm、曲率半径1mm)を施した。得られた缶体について、そのフランジ幅を15度ピッチで全周測定した。フランジ幅の最大値と最小値の差が1.5mm以下であれば絞り成形性が良好であるとして◎、1.5mm超2mm以下であれば絞り成形性が許容可能であるとして○、2mm超であれば絞り成形性に劣るとして×とした。
この試験における詳細条件を以下に記す。
潤滑条件:鋼板両面に潤滑油塗布
第一絞りの絞り比:1.52
第二絞りの絞り比:1.26
それぞれの絞りにおけるしわ抑え圧:0.3MPa
第一絞り時のダイの肩半径:2.5mm
第二絞り時のダイの肩半径:2.5mm
上記の缶体に蓋を巻締め、蓋側から穴を空けて密封下にエアを送り込み、缶底部がバックリングする圧力を測定し、0.18MPa以上であれば○、0.18MPa未満であれば×とした。
Claims (3)
- 質量%で、
C:0.010%以上0.080%以下、
Si:0.05%以下、
Mn:0.10%以上0.70%以下、
P:0.03%以下、
S:0.020%以下、
Al:0.005%以上0.020%以下
およびN:0.0120%以上0.0180%以下を含有し、
残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成を有し、
r値の面内異方性Δrが−0.3以上0.3以下、および
時効処理後の圧延方向の引張強さが650MPa以上
である、缶用鋼板。 - 前記成分組成に加えて、質量%で、
Ti:0.005%以上0.020%以下、
Nb:0.005%以上0.020%以下、
Mo:0.01%以上0.05%以下、
Cr:0.04%以上0.10%以下、
B:0.0005%以上0.0060%以下、
Ca:0.0010%以上0.01%以下、
Ni:0.05%以上0.15%以下および
Cu:0.05%以上0.20%以下
のうちの、一種以上を含有する、請求項1に記載の缶用鋼板。 - 請求項1又は請求項2に記載の成分組成を有するスラブを、
1180℃以上に加熱する工程と、
加熱されたスラブを仕上げ温度820℃以上にて熱間圧延する工程と、
熱間圧延された熱延板を640℃超700℃以下にて巻取る工程と、
巻き取られた熱延板を85%以上の圧延率で一次冷間圧延する工程と、
一次冷間圧延された冷延板を620℃以上690℃以下で焼鈍する工程と、
焼鈍された焼鈍板を圧延率20%超40%以下で二次冷間圧延する工程とを有し、
r値の面内異方性Δrが−0.3以上0.3以下、および、時効処理後の圧延方向の引張強さが650MPa以上である缶用鋼板を得る、缶用鋼板の製造方法。
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