JPH0953125A - 絞り成型およびしごき加工性の耳発生が小さく、かつ縮径加工時のしわ発生が小さい容器用鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、耳発生による、缶成型時の鋼板歩
留り、生産性の低下、缶胴の開口部を縮径する際のしわ
発生、近年要望が強い原板厚みを薄手化した材料を製造
する際の生産性阻害要因となる熱延板板厚の低下を回避
した、耳およびしわ発生の小さな鋼板の製造方法を提供
する。 【解決手段】 重量％でＣ：0.0003〜0.0040％、Ｓi:0.
10％以下、Ａl:0.08％以下、Ｍn:0.01〜0.50％、Ｐ：0.
02％以下、Ｓ：0.02％以下、Ｎ：0.0050％以下、残部が
鉄および不可避的不純物からなる鋼片を熱間圧延する際
に、最終仕上げ圧延温度がフェライト単相またはフェラ
イト、オーステナイトの混相域で行われるよう熱延し、
熱延板に圧延組織が残存しないような温度で該熱延板を
捲取または熱処理し、酸洗した後、冷延圧下率80％以上
97％以下で冷間圧延し、再結晶温度以上、 800℃以下で
３分以下の焼鈍を行うことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は２ピース缶の製造に
代表される絞り、しごきおよびそれに続く縮径成型に利
用される鋼板の製造方法に関するものである。鋼板の製
造分野においては耳発生およびしわ発生が小さい極薄容
器材料を高生産性にて製造する方法を提供し、製缶分野
においては鋼板歩留り、生産性を良好にする耳発生およ
びしわ発生の著しく小さい鋼板を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】飲料缶、食品缶などの製造分野では２ピ
ース缶と呼ばれる缶と胴部を一体成型した容器の製造量
が増加しつつある。この２ピース缶は絞り成型、しごき
成型により製造されるが、原板特性が面内異方性を有す
る場合、耳と呼ばれる成型後のカップ高さの変動が生ず
る。必要缶高さが決まっている以上、原板からの板採り
はカップ高さの低い位置に合わせる必要があり、この耳
部は切り落とされ原板からの歩留りを低下させる。ま
た、成型後のカップの取扱いの点からも、耳の発生は小
さいことが望まれている。

【０００３】また、２ピース缶では製造された缶胴の開
口部に缶蓋を巻き締めることで密閉容器とするが、この
缶蓋の材料を節約するため開口部をできるだけ小さくす
るよう製造される。内容物の容量との兼ね合いで缶胴部
径はある程度の径が必要となるため開口部を縮径してい
るがこの縮径時のしわ発生を抑制することが生産性の上
で課題となる。

【０００４】上述のような背景のもと、近年は缶用材料
のさらなる低コスト化を目的とし、使用材料の低減のた
め容器材料の板厚低減（極薄化）への要望が強くなって
いるが、このような状況においては鋼板の異方性増大、
しわ発生の増加が懸念されている。

【０００５】絞り成型における耳の発生は鋼板の集合組
織に起因していることが明らかとなっている。これまで
の耳発生を抑止する方策は成分、熱延条件、焼鈍条件に
より集合組織を制御することで達成されてきたといえ
る。しかし、薄手容器材料の開発においては以下のよう
に製造上の制約が大きく、異方性低減の障害となってい
る。

【０００６】一つには食品、飲料缶に使用されることが
多いため、特殊元素を添加するなどによって現状からの
大幅な成分変更は難しいことである。また、熱延条件に
ついては容器材料の極薄化要求を背景とし、イヤリング
を増大させる冷延圧下率の上昇を避けるため熱延板厚の
薄手化の方向に制御されているが、これが熱延の生産性
を著しく阻害している。焼鈍についても極薄材料ではヒ
ートバックルと呼ばれる鋼板の腰折れのため通板温度は
それほど高くすることができず、材質を大幅に変化させ
ることは難かしい。このため焼鈍時には目的の板厚より
厚い鋼板を通板し、その後再冷延を施し目的とする板厚
を得る方法が実用化されている。この方法は缶強度を確
保する観点では極薄化による板厚の減少分を材料強度の
硬質化により補うため有利となるが、材質の異方性を大
きくしてしまう。

【０００７】この状況の中でも耳発生を小さくする手段
が開示されている。しかし、これまでの方法は特公昭６
０−４５６９０号公報、特開昭６２−１６１９１９号公
報、特開昭６３−３１０９２４号公報、特開平２−１１
８０２６号公報に示されるように、鋼成分、熱延、冷
延、焼鈍条件などを限定したものである。これらの方法
では、耳発生を小さく抑える冷延圧下率はせいぜい９０
％位までで、これ以上の冷延圧下率を施すと急激に耳が
増大するため近年の極薄材料の開発においては熱延板の
板厚を薄くせざるを得ず、熱延工程の生産性を改善する
手段となり得ない。

【０００８】さらに特開昭６１−１１９６２１号公報、
特開平１−３０１８２２号公報、特開昭６０−１０３１
２９号公報に代表されるいわゆるα域熱延によれば従来
比と比べ集合組織が大きく変化するため耳発生への影響
が考えられる。しかしこれら従来の方法においてはラン
クフォード値を向上させる手段は開示されているが、高
冷延率での冷延、焼鈍後の異方性については何等述べら
れていない。

【０００９】また、しわ発生については自動車用鋼板な
どのプレス成型においてはｒ値や降伏応力の影響などが
検討されているものの、深い絞りとしごきという大きな
加工を受けた後の材料における縮径時のしわ発生につい
ては有効な手段はこれまでに見いだされていない。上記
のこれまでに開示されている容器用材料の製造法におい
てもしわ発生の低減については述べられていない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】すなわち本発明は、上
記したような従来の問題点を解消しようとするものであ
って、１）耳発生による、缶成型時の鋼板歩留り、生産
性の低下、２）缶胴の開口部を縮径する際のしわ発生、
３）近年要望が強い原板厚みを薄手化した材料を製造す
る際の生産性阻害要因となる熱延板板厚の低下を回避し
た、耳およびしわ発生の小さな鋼板の製造方法を提供す
るものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは鋼板の材質
を大きく変化させるため鋼成分および熱延条件と材質の
関係を検討するうち、熱延仕上げ温度を通常適用される
オーステナイト単相域以下に制御することで異方性を、
特に冷延圧下率が高い場合に低減できること、また、こ
のような条件で熱延された材料は絞り、しごき後の縮径
成型において座屈現象が起き難くしわの発生が抑制され
ることを知見した。さらに、熱延時に潤滑を施すことで
これらの効果がより大きく得られること、また、最終製
品の表面粗度の影響も検討し、特定な範囲に表面粗度を
制限し、特に表面粗度の異方性についても特定範囲内に
することでこれらの効果を大きく得られることがわかっ
た。この現象を通常、高冷延率で製造される薄手容器材
料に適用すべくさらなる検討を加え本発明を達成したも
のである。

【００１２】すなわち本発明の要旨とするところは、極
薄容器用鋼板を製造するにあたり、成分を通常使用され
る鋼板から大幅に変更することなく高冷延率で製造でき
る方法を提供するものであって、熱間圧延の仕上げ温度
を通常の圧延温度域より低い温度とし、必要に応じて熱
延時の潤滑条件、最終製品の表面粗度を制御することに
より絞りおよびしごき成型時の異方性を低減、さらにこ
の成型に続く縮径加工においてしわ発生を低減させるも
のである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
まず、成分について説明する。成分はすべて重量％であ
る。Ｃは、容器の製造過程における絞り、しごき成型
性、縮径時の耐しわ性、フランジ成型性などの点から低
い方が好ましく、上限を０．００４０％とする。近年の
極薄材においてはフランジ成型性を確保するためより延
性が良好な材料が要求され、真空脱ガス処理などにより
Ｃを０．００２０％以下まで低減することが好ましい。
特に、延性が良好な材質が必要な場合は、０．００１５
％以下まで低減すれば、特性を大幅に向上させることが
可能である。しかし、過剰な低減はコストの上昇を招く
ばかりでなく、鋼板を軟質にし缶強度不足を招くので、
下限を０．０００３％とする。

【００１４】Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓは強度を上昇させ加工
性を劣化させるため加工性の観点からは低い方が望まし
いが、その含有量は特に限定するものではなく一般の容
器材料と同程度の含有量が適当と思われる。添加コスト
なども考慮し、Ｓｉ：０．１０％以下、Ｍｎ：０．０１
〜０．５０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以
下と限定した。Ａｌについては添加による加工性への影
響は比較的小さい。脱酸のため少なからず含有する元素
であり、０．０８％以下と限定した。Ｎは加工性を確保
するために０．００５０％以下とした。

【００１５】Ｔｉ，Ｎｂは炭窒化物を形成し固溶Ｃ，Ｎ
を低減することで鋼板の深絞り性を格段に向上させるの
で深絞り加工が必要な場合に必要に応じて一方または両
方が添加される。しかし過剰な添加は加工性を劣化させ
るとともに再結晶温度を上昇させ焼鈍温度上昇の必要が
生じエネルギーコスト的に不利となる。添加コストも考
慮し０．００２〜０．０８％とする。極低Ｃ化、および
Ｔｉ，Ｎｂなどの炭化物形成元素の添加は一般にフラン
ジ成型など２次加工性が劣化する場合がある。このため
必要に応じＢを添加しても良い。

【００１６】本発明では熱間圧延時の温度条件が重要な
要件である。熱延に供するスラブはインゴット法、連続
鋳造法など製造法は限定されず、また熱延に至るまでの
熱履歴にもよらないためスラブ再加熱法、鋳造したスラ
ブを再加熱することなく直接熱延するＣＣ−ＤＲ法、さ
らには粗圧延などを省略し得る薄スラブ鋳造によっても
本発明の効果を得ることができる。

【００１７】本発明の効果を得るには熱延仕上げ圧延の
出側温度が通常の圧延であるオーステナイト単相温度域
より低温となるフェライト単相またはフェライト・オー
ステナイト複相温度域であることが必要である。通常は
熱延中に板温は連続的に低下していると考えられるため
Ａｒ₃ 変態点以下の温度ということになる。特に明確な
効果を得るには変態温度の３０℃以上低温域とすること
が望ましい。下限は特に限定しないが、あまり低温にな
ると熱延作業性に支障を来すため６５０℃以上とするこ
とが望ましい。より好ましくは７００℃以上とする。

【００１８】また、本発明温度域内での圧下量も特性に
影響するが検討の結果、仕上げ最終パスの出側温度が変
態温度より高温か低温かで目的とする材質に顕著な差が
現れるようになるため、本発明では圧下量および圧下配
分については特に限定しないが、十分な効果を得るには
１５％以上の圧下量をとることが望ましく、より好まし
くは４０％以上とする。さらに熱延時に潤滑を施すこと
で本発明の効果はより顕著となる。これは無潤滑の場合
は鋼板の表層部が圧延ロールとの摩擦により大きな剪断
変形を受けるため本発明の効果に好ましくない材質とな
り、それが悪影響を及ぼすためと考えられる。

【００１９】また、本発明では熱延板時点で組織が再結
晶していることが必要である。これは本発明が対象とし
ている高冷延率で製造される極薄容器材料においては熱
延板で圧延組織が残存した場合には低異方性と良好な耐
しわ性を両立して付与することが困難となるためであ
る。

【００２０】熱延、酸洗後、冷間圧延を行う。この冷延
圧下率は８０％以上とすることが本発明の重要な要件の
一つである。これは熱延の生産性を改善することが本発
明の目的の一つであることばかりでなく、冷延圧下率が
８０％未満の場合は、本発明の要旨である熱延条件の適
用により逆に面内異方性が増大する場合もあるからであ
る。例えば、熱延での生産性を犠牲にして熱延板の薄手
化を図り冷延率７５％程度で本発明の熱延条件を適用す
ると面内異方性は大きくなってしまう。この理由は明ら
かではないが、本発明熱延条件により生成する集合組織
は、一般に高冷延率で生成する集合組織と逆の異方性を
持つため、高冷延率域では異方性を低減する効果を発揮
するが、冷延率が低い場合には低冷延率で生成する集合
組織と同質の異方性を有するため異方性を大きくしてし
まうものと考えられる。以上、主に異方性の観点から限
定理由を述べたが、冷延率については本発明範囲を外れ
た場合は、しわ発生についても材質が悪化する。これに
ついては原因は明確ではないが、異方性と同様、集合組
織的な変化が関連していると考えられる。

【００２１】冷間圧延の後、焼鈍するがこの温度は再結
晶温度以上、８００℃以下とし、時間は３分以下とす
る。材料特性の均一性、加工性を確保するためには圧延
組織を十分再結晶させることが必要であり、また焼鈍の
通板性を考え８００℃を上限とする。

【００２２】現在、容器の製造においては容器の強度を
もたせるため焼鈍の後、再冷延し加工硬化により硬質化
させた鋼板を用いる場合もある。このような鋼板におい
ても本発明法によれば面内異方性を従来鋼より小さく
し、耳の発生を抑制する効果が得られる。

【００２３】このような再冷延を行うものも含め、鋼板
は一般に焼鈍の後、形状矯正または材質制御のため冷延
が施される。このときの圧延を鋼板の圧延方向の表面粗
度がＲａで０．１μｍ以上１．５μｍ以下であり、かつ
圧延方向およびそれに直角な方向についてのＲａの比が
０．５以上２．０以下であるように行うことで本発明の
効果がより顕著に得られる。この理由は明確ではないが
表面粗度の異方性は缶成型時の工具との接触条件を介し
て絞り成型時の形状変化、すなわち耳発生に影響を及ぼ
し、またしごき時の工具との接触を介してしごき加工後
の缶胴開口部の材質に影響を及ぼすものと考えられる。
鋼板表面の粗度は、冷延ロールの表面粗度の調整によっ
て行われる。

【００２４】また、通常、本発明鋼板は表面処理鋼板用
の原板として使用されるが、表面処理により本発明の効
果はなんら損なわれるものではない。缶用表面処理とし
ては通常、錫、クロム（ティンフリー）などが施され
る。また、近年使用されるようになっている有機皮膜を
貼ったラミネート鋼板用の原板としても発明の効果を損
なうことなく使用できる。

【００２５】

【実施例】本発明の評価においては耳発生の程度を示す
指標として、図１および下記（１）式によって表される
耳発生率（イヤリング率）を使用する。イヤリング率が
大きいほど耳発生が顕著となる。なお、通常の２ピース
缶用材料としては本式によるイヤリング率で約５％以下
のものが使用されている。 イヤリング率＝（ｈｍａｘ−ｈｍｉｎ）／（缶壁平均高さ）‥‥（１）

【００２６】また、しわ発生の評価としては鋼板から絞
り、しごきにより缶胴を製造し、通常の実製缶で行われ
るのと同様の方法により縮径を行い、しわが発生する限
界の縮径量として下記（２）式による縮径限界率を求め
た。縮径限界率が高いほど実操業での材質の余裕度が大
きいためしわ発生を抑止することができる。 縮径限界率＝（初期径−しわ発生径）／（初期径） ‥‥‥‥‥（２）

【００２７】表１に示す各成分の鋼について熱間圧延、
冷間圧延、焼鈍し、鋼板を製造した。絞り成型の後、イ
ヤリング率を測定し、絞り、しごき加工後、開口部をト
リミングし、縮径限界率を測定した。表１のうち、本発
明成分範囲内であるａ材と発明成分範囲外であるｂ材に
ついて、熱延仕上げ温度および潤滑条件がイヤリング
率、縮径限界率に及ぼす影響を図１，図２に示す。本発
明成分範囲内であるａ材では変態温度以下の仕上げ圧延
とすることでイヤリング率低減、縮径限界率の上昇が確
認できる。また、潤滑を施したものの方が特性は向上す
る傾向がある。その他の鋼についての製造条件および材
質を表２に示す。熱延は連続的に７パスで行い最終パス
での出側温度を示す。表２から明らかなように本発明の
範囲内で製造されたものは良好な特性が得られている。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】

【発明の効果】以上述べたごとく本発明によれば、絞り
成型時の耳発生が小さくなりまた、縮径時のしわ発生率
を低減することができるため極薄容器材料の製缶時の鋼
板歩留り、生産性の改善が可能となる。さらに、本発明
法は従来法では耳発生が大きくなる高冷延率条件におい
て改善効果が得られることから、高冷延率化が達成で
き、熱延生産性の改善による極薄容器材料の高効率な製
造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】イヤリング発生の説明に用いる図である。

【図２】熱延仕上げ温度とイヤリング率の関係を示す図
である。

【図３】熱延仕上げ温度と限界縮径率の関係を示す図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 亀田 正春 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で Ｃ ：０．０００３〜０．００４０％、 Ｓｉ：０．１０％以下、 Ａｌ：０．０８％以下、 Ｍｎ：０．０１〜０．５０％、 Ｐ ：０．０２％以下、 Ｓ ：０．０２％以下、 Ｎ ：０．００５０％以下、残部が鉄および不可避的不
   純物からなる鋼片を熱間圧延する際に、最終仕上げ圧延
   温度がフェライト単相またはフェライト、オーステナイ
   トの混相域で行われるよう熱延し、熱延板に圧延組織が
   残存しないような温度で該熱延板を捲取または熱処理
   し、酸洗した後、冷延圧下率８０％以上９７％以下で冷
   間圧延し、再結晶温度以上、８００℃以下で３分以下の
   焼鈍を行うことを特徴とする絞り成型およびしごき加工
   性の耳発生が小さく、かつ縮径加工時のしわ発生が小さ
   い容器用鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】 成分として、さらにＴｉ，Ｎｂの少なく
   とも一方を重量％で０．００２〜０．０８％含有させる
   ことを特徴とする請求項１記載の絞り成型およびしごき
   加工時の耳発生が小さく、かつ縮径加工時のしわ発生が
   小さい容器用鋼板の製造方法。
3. 【請求項３】 フェライト単相またはフェライト、オー
   ステナイトの混相域で潤滑を施しつつ、熱間圧延を行う
   ことを特徴とする請求項１または２記載の絞り成型およ
   びしごき加工時の耳発生が小さく、かつ縮径加工時のし
   わ発生が小さい容器用鋼板の製造方法。
4. 【請求項４】 最終製品の圧延方向の表面粗度をＲａで
   ０．１μｍ以上１．５μｍ以下とし、かつ圧延方向およ
   びそれに直角な方向についてのＲａの比が０．５以上
   ２．０以下とすることを特徴とする請求項１，２または
   ３の何れかに記載の絞り成型およびしごき加工時の耳発
   生が小さく、かつ縮径加工時のしわ発生が小さい容器用
   鋼板の製造方法。