JPH10505882A - 引抜き・アイヨニング缶および深絞り容器用連続焼鈍・軟質焼戻し黒板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 Tiおよび Mn の含有量を適切に制御することにより優れた引抜き性と安定な材料特性を確保した、D&I 法による２ピース缶、あるいはキャンピングガス容器・乾電池用シェルなどの深絞り容器を製造するための、T1〜T2.5の連続焼鈍・軟質焼戻し黒板、およびその製造方法を開示する。本発明による D&I缶および深絞り容器製造用連続焼鈍・軟質焼戻し黒板は、重量比で C 0.005％以下、Mn 0.1〜0.3％、S 0.015％以下、酸可溶性 Al 0.02〜0.05％、N 0.004％以下、Ti 0.015〜0.035％を含有し、残部は Fe および他の不可避的不純物から成る。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 引抜き・アイヨニング缶および深絞り容器用連続焼鈍・軟質焼戻し黒板とその製 造方法 発明の分野 本発明は、引抜き・アイヨニング缶（drawn and ironed cans）および深絞り 容器、たとえば２ピース缶、キャンピングガス用缶、乾電池用シェルなどに用い られるブリキ（錫メッキ鋼板）または無錫鋼板（ティンフリー鋼板）の素材とな る軟質焼戻し黒板（blackplates）、およびその製造方法に関する。特には本発 明は、連続焼鈍によって得られる引抜き・アイヨニング缶（以下 D&I缶と記す） および深絞り容器用の連続焼鈍黒板と、優れた引抜き加工性および安定な物性を 実現するその製造方法とに関する。 従来技術の説明 D&I 缶、キャンピングガス用缶、エアゾル用マウンティングキャップ若しくは ドーム、乾電池用シェル（これらを深絞り容器と称する）は従来、低炭素鋼板の バッチ式焼鈍によって製造されている。しかし最近では、連続焼鈍による製造方 法が提案されている（特開昭63-33522、61-26724、61-16323、56-3413、特開平2 -301519）。これらの連続焼鈍方法は、リムド鋼板またはアルミキルド鋼板を熱 間圧延中に高温下で巻き取った後、炭化物を粗粒化するもので、鋼中の溶質窒素 を低減することも可能である。さらに、加工性に優れた鋼板を得るべく高温にお いて連続焼鈍を行うが、このようにして得た鋼板の時効による機械的性質の劣化 は過時効およびスキンパス（skinpass）によって防止される。これらは上記連続 焼鈍方法に共通の特徴である。しかし通常の連続焼鈍法により製造した黒板にお いては焼戻し度 T3（ロックウェル表面硬度 57）以下を達成することができず、 深絞り容器の製造における良好な加工性を保証することができないため、これ らの鋼板は深絞り容器には使用できない。したがって上記方法によって製造され る黒板は今日でも D&I缶にのみ使用され、深絞り容器は従来のバッチ式焼鈍に基 づく方法により製造されている。 上述のような問題を解決するため、本発明者らは新規な黒板を開発し、韓国特 許出願第 91-44975 号および93-29157号を出願した。 上記特許出願による方法によれば、加工性が保証されると共に、焼戻し度 T2. 5（ロックウェル表面硬度 55 以下）が達成できる。さらに連続焼鈍ラインにお いて低温処理による軟質の焼戻し度を得るため、0.03％以下の Zr および Ti を 添加する。特に Ti を添加することは経済的に有利である。 しかしながら、これらの方法においては、再結晶温度の上昇の可能性があるた め添加元素を十分に添加することができない。さらに再結晶温度は熱間圧延条件 および不純物含量、特に S含有量によって大きく異なり、安定な材料を得ること ができない。 発明の概要 本発明者らは上記の問題点を解決すべく試験研究を行った。本発明はその結果 に基づいて提案されるものである。 したがって本発明の目的は、Tiおよび Mn の含有量を適切に制御することによ り優れた引抜き性と安定した機械特性を確保した、D&I 缶および深絞り容器製造 用の連続焼鈍黒板を提供することにある。 さらに本発明の他の目的は、D&I 缶および深絞り容器製造用の連続焼鈍黒板の 製造法において、通常熱間圧延中に生ずる微粒析出物の析出時間を Ti と Mn と の相対量によって冷間圧延前に制御することにより、加工性を改善し、再結晶温 度を低下させ、個々のコイル毎の機械的性質の変動を減少させて安定な品質を得 る方法を提供することにある。 上記の目的を達成するため、本発明による D&I缶および深絞り容器製造用連続 焼鈍・軟質焼戻し黒板は、重量比で C 0.005％以下、Mn 0.1〜0.3％、S 0.015 ％以下、酸可溶性 Al 0.02〜0.05％、N 0.004％以下、Ti 0.015〜0.035％を含有 し、残部は Fe および他の不可避的不純物である。 本発明の別の側面としては、本発明による D&I缶および深絞り容器製造用連続 焼鈍・軟質焼戻し黒板の製造方法は、通常の熱間圧延方法によって重量比で C 0 .005％以下、Mn 0.1〜0.3％、S 0.015％以下、酸可溶性 Al 0.02〜0.05％、N 0. 004％以下、Ti 0.015〜0.035％を含有し、残部は Fe および他の不可避的不純物 であるアルミキルド鋼を得る工程と、圧下率（reduction ratio）88〜92％の冷 間圧延を行う工程と、再結晶温度以上で730℃以下の温度で連続焼鈍を行う工程 と、0.4％以上のスキンパスを行う工程とから成る。 図面の簡単な説明 本発明の上記の目的およびその他の利点は、本発明の好ましい実施態様を添付 した図面を参照して詳細に説明することにより更に明らかとなろう。即ち、 図１は溶解度積の式により求めた Mn 含有量と析出物の量の関係を示すグラフ であり、 図２は Mn 含有量に対する析出物の種類と分布を示す EDS分析結果の顕微鏡写 真を示し、 図３は鋼の再結晶完了温度と Mn および Ti 含有量との関係を示すグラフであ り、 図４は平面異方性および塑性異方性と冷間圧延における圧下率との関係を示す グラフである。 好ましい実施態様の詳細な説明 鋼中の格子間固溶元素としての炭素は、加工性の面から好ましくない再結晶組 織を形成する。さらに、本発明におけるように再結晶温度を低下させる必要があ る場合には、固溶元素の量のみならず、微細な析出物の形成も抑止しなければな らない。したがって炭素含有量が0.05％を超える場合には、炭素が Ti と結合す ることにより、150〜300Åの細かい分散した TiC析出物が増加する。さらに加工 性の面から望ましくない｛１００｝、｛１１０｝組織の形成が促進されるばかり でなく、再結晶時の結晶成長が妨げられる。それ故、深絞りに適用するには好ま しくない結果となる。 一方、粒界編析にともなう粒界脆化を防止するため炭素を 0.001％以上添加す るべきであるが、この量は工業的には極限の下限値であるから、特定の下限値は 指定されない。窒素もまた炭素と同じ理由で含有量を制御する必要があり、次の 理由によって0.004％という低い上限値が設定される。すなわち、窒素は Ti と 親和性のある元素であるから、量が増えれば Ti が TiNの形で消費されることに なり、再結晶温度が上昇して製造コストを押し上げる結果となる。すなわち大量 の窒素を添加すると Ti の量は硫化物や炭素を除去するには不十分となる。この ため窒素含有量の上限値を0.004％とすることが望ましい。 Mnの添加およびその含有量は本発明の重要な特徴の一つであり、発明者らの最 新の発明（韓国特許出願 No.93-29157）における改良点でもある。すなわち発明 者らは研究の結果、次のような事実を見出した。すなわち、本発明による組成の 鋼においては、 Ti が少ないため大部分の Ti は Nと結合し、残部は Sと結合し ている。ここでは、C の一部は Ti の炭硫化物（Ti₄C₂S₂）として析出し、その 結果固溶 Cの一部が除去される。残る少量の Ti は TiCとして析出する。 しかし本発明による組成にあっては、Tiの硫化物および炭硫化物の析出温度は 熱間圧延温度に相当しているため、大部分が歪誘起析出により微細な析出物とな って結晶粒の成長を妨げ、したがって再結晶温度が上昇する。この問題を解決す るため、本発明においては Mn を Ti と協働する溶質スカベンジャーとして用い 、熱間圧延中の早期に析出を起こさせる。このため Mn を0.1％以上添加するが 、Mn濃度が0.3％を超えると製造コストが高くなる上、固溶硬化により機械的性 質が劣化するので、上限値を0.3％とすることが望ましい。 アルミニウムは Nを AINとして析出させることを意図したものではなく、鋼中 の酸素を除去することを目的としている。したがって溶鋼中の酸素を十分に除去 するため、Al含有量の下限を0.02％とすることが望ましい。一方、窒素は Ti に よって優先的に除去されるので、Alの量が多すぎることは製造コストを押し上げ 、かつ黒板の焼戻し度や加工性を悪化させることになる。したがって Al 含有量 の上限を0.05％とすることが望ましい。 連続焼鈍により製造される通常の加工用鋼と異なり、Ti含有量には0.015％以 上という制限が設けられる。この理由は、固溶 Nを析出させるために最低量の T i が必要とされるからである。Ti含有量が0.035％を超えると N および Sのみな らず Cも析出し、粒界に偏析する Cがなくなるので、黒板に粒界脆性が生ずるこ ととなる。 したがって Ti の添加量が多すぎた場合は多重加工を行うと二次的な冷間加工 硬化が起こり、製造コストの上昇を招くことになるが、何にも増して大きな問題 は、再結晶温度の上昇と、それに起因する連続焼鈍炉へのストリップの通過性を 確保することの困難である。特に黒板のような薄板を高温で処理する場合、連続 焼鈍炉におけるコイルのトラッキング不良、破断、バックリングなどを生ずるた めストリップの通過性が悪化する。したがって多量の Ti を含む鋼を黒板に加工 することは従来不可能であった。したがって本発明においては、Ti含有量が黒板 の再結晶と機械的性質に及ぼす影響を研究した結果に基づいて、Ti含有量の上限 を0.035％としている。 上記の組成範囲に該当する鋼（鋼インゴット）を通常の方法で熱間圧延しコイ ル化する。この条件下ではホットコイル化温度は 600〜700℃が望ましい。この 温度範囲を選ぶ理由は、適切な加工性および適切な表面性状を得ることにある。 熱間圧延した鋼板は圧下率 88〜92％で冷間圧延して目的の厚さとする。これは ブリキまたは無錫鋼板の引抜きに際して形成される耳の発生を最小限にするため である。このようにしてブリキまたは無錫鋼板の損失は最小限に抑えられ、十分 な加工性が得られる。このようにして得られた冷間圧延鋼板に連続焼鈍を施す。 目標とする硬度を得るため、連続焼鈍の温度は再結晶温度から 730℃以下までの 範囲とすることが望ましい。その理由は、焼鈍温度が高すぎると目標の硬度が得 られず、連続焼鈍炉を通過するストリップのトラッキング不良、破断、バックリ ングが容易に生ずるためである。さらに製造コストも上昇する。しかし上記の温 度においては、十分な焼戻し度を得ることができる。 連続焼鈍したコイルに対して通常の焼戻し圧延を施す。焼戻し圧延における伸 び率は0.4％を上回ることが望ましい。その理由は黒板の降伏点伸び現象を防止 するためである。 以上の方法により、r 値 1.7またはそれ以上、Δr 値 0.2またはそれ以下、伸 び率40％またはそれ以上の優れた引抜き性を有する、T2.5またはそれ以下の連続 焼鈍・軟質焼戻し黒板を得ることができた。したがってこの軟質焼戻し黒板は D &I缶および深絞り容器の製造に極めて好適である。 以下、本発明を実施例により説明する。 〈実施例１〉 下の表１の組成を有する鋼を製造した。 上の表１において、本発明による鋼ａ、ｂは本発明の組成範囲に適合するが、 比較例１〜４の鋼は極低炭素鋼または Ti 添加極低炭素鋼であって Ti および M n の含有量が本発明の組成範囲に適合しない。比較例４の鋼は本発明者らによる 従来法（韓国特許出願 93-29157）に適合する。 一方、比較例５の鋼は焼戻し度 T2 の黒板を製造するための従来法（特開昭第 63-33522号、61-26724号、61-16323号、56-3413 号、特開平第2-301519号）の組 成範囲に適合する。上記組成を有する鋼を初期温度 1050℃、最終温度 910℃で 熱間圧延し、650℃の温度においてホットコイル化し、ついで下記表２に示す条 件で冷間圧延、連続焼鈍、焼戻し圧延を行った。これらの鋼の機械的性質の測定 結果を表２に示す。 上記表２に示すように、本発明による鋼ａ，ｂの場合、本発明による素材Ａ〜 Ｄは700℃以上の温度において r値 1.8以上、伸び40％以上、Δr 値 0.2以下と 、優れた加工性を示す。また HR30T値は 51〜52であり、焼戻し度 T1 〜T2.5を 満たすので、連続焼鈍によって軟質焼戻し黒板を製造することができる。しかし 本発明による鋼ａ，ｂを使用したとしても、本発明の範囲を外れた場合には（素 材Ｅ，Ｆ）、Δr 値は 0.2を超え、引抜き缶における耳の高さが増大し、あるい は深絞り容器のフランジ部が不規則になり、したがって引抜き性ないしプレス加 工性は不満足なものとなる。 一方、Tiを含まない比較例１の鋼を用いたときは、比鮫素材Ｇが示すように H R30Tスケールの硬度は約 53.4 となり、焼戻し度は上限値 T1（46〜52）に達し 、r 値は 1.5と低く、焼鈍した黒板内の溶質炭素の量が多くなっている。したが って焼戻し圧延時の圧下率約0.5％では、降伏点伸びの防止には不十分であり、 降伏強度が極めて高くなっている。一方 Ti 含有量0.014％の比較例２の鋼につ いては、比較素材Ｈは各種の機械的性質に関しては本発明の目標範囲に入ってい るが、溶質炭素は十分減少しておらず、したがって r値はやや低すぎ、加工性は 不十分である。 一方、Ti含有量が0.036％と高く溶質炭素のほとんどが析出する比較例３の鋼 の場合は、比鮫素材Ｉが示すように、Tiが過剰で微細に分散した Ti 析出物が生 ずるため 730℃ においても再結晶が完了しない。このためこの素材は硬度が過 大、伸びが過小となっている。一方 Mn 含有量0.07％の比較例４の鋼を用いた比 較素材Ｊにおいては、（Ti,Mn）Sなどの微細析出物による結晶粒成長の阻害のた め730℃の焼鈍でも再結晶が不完全で、材料の性質は深絞り容器用素材としては 不十分である。 一方、比較例５の鋼を用いた比較素材Ｋは、通常以上の温度で連続焼鈍を行っ ても溶質炭素が極めて多いため、制御を十分に行うことができず、所望の加工性 および焼戻し度に到達することができない。比較例３，４の鋼を用いた場合、焼 鈍温度を高くして所望の物性および焼戻し度を達成することは当然可能であるが 、そのような場合は上述したように、連続焼鈍過程においてストリップのバック リング、トラッキング不良、破断などが発生する。 〈実施例２〉 表１の鋼から本発明による鋼ｂと比較例４の鋼を選び、溶解度積の方法により 、硫化物などの析出物の析出速度を計算した。結果を図１に示す。 図ＩＡは Mn 含有量0.071％の比較例４の鋼の析出挙動を示し、図ＩＢは Mn 含有量0.22％の本発明による鋼ｂの析出挙動を示す。 析出速度の計算方法は次のとおりである。 すなわち、最小二乗法に基づいてBASIC プログラムにより析出物の析出速度を 計算した。同一温度において同時に析出するものについても析出の順序があり、 優先度の高い析出物がまず析出し、他の析出物はその後に析出するとして、その ようなアルゴリズムを使用した。計算に使用した溶解度積の式は下記のとおりで ある。 1）TiN: log[Ti][N] = -14200/t + 4.22（Akamatsu: Extreme1y Low Carbon Met allurgy，ISIJ(93)，p.36） 2）TiS: log[Ti][S] = -3252/T - 2.01（Kitsuei: ISIJ(94)，p.24） 3）Ti₄C₂S₂: log[Ti][C]0.5[S]0.5 = -5208/T - 0.78（Kitsuei: Intern．ISIJ( 94)，p.24） 4）MnS: log[Mn][S] = -9020/T + 2.9（Turkdogan: JISI，180(55)，p.349） 5）TiC: log[Ti][C] = -7478/T + 3.21（Akamatsu: Exteme1y Low Carbon Metal lurgy，ISIJ(93)，p.36） 6）TiC*: log[Ti][C] = -10800/ + 5.02（Akamatsu: Extemely Low Carbon Meta llurgy，ISIJ(93)，p.36） 上記において、温度は絶対温度、log の中の［］は合金元素の重量％、（）内 に記したのは引用文献である。上記の式はすべてオーステナイト領域において成 立するものであるが、6）の TiC* のみはオーステナイト領域でなくフェライト 領域の溶解度積を示している。 図１に示すように、本発明による鋼ｂは比較例４の鋼に比べて析出温度が高い 。通常の熱間圧延の初期温度が1050℃であることを考えると、比較例４の鋼にお いては MnSの析出が熱間圧延中に開始され、歪誘起析出によって MnSないし（Ti ，Mn）Sの微細な析出物が析出する傾向がある。 一方、Mn含有量の大きい本発明による鋼ｂの場合は、MnSの析出温度が上昇し 、熱間圧延以前の析出量が増加するので、比較的粗大な Mn硫化物が生成する。 さらに Mn の存在により Sの析出量が大きいため、残った Ti は溶質炭素を TiC の形成によって減少させることができ、少量の Ti によって良好な加工性が得 られる。したがって Mn 含有量を本発明に従って調節すれば、粗大な析出物によ って再結晶温度の上昇が阻害され、固溶炭素の減少によって加工性が改善される 。このことは本発明の理論的背景となっている。 〈実施例３〉 実施例１の表１の鋼から本発明による鋼ｂと比較例４の鋼を選び、初期温度10 50℃、最終温度 910℃ で熱間圧延を施し、ついで 650℃ でコイル化した後、析 出物の透過型電子顕微鏡（TEM）観察をカーボンレプリカ法により行った。結果 を図２に示す。 図２Ａは本発明による鋼ｂ、図２Ｂは比較例４の鋼のそれぞれ TEM観察結果を 示す。図２Ｃは図２Ａの微細析出物に対する高倍率 EDS分析の結果であり、図２ Ｄ ２Ｃは図２Ｂの微細析出物に対する高倍率 EDS分析の結果である。 図２Ａ、図２Ｂから知られるように、本発明による鋼ｂは比較的粗大な析出物 を多量に生じているのに対して、比較例４の鋼には微細な析出物が多量に認めら れる。 すなわち、Mn含有量が低いと Mn の不足のため、熱間圧延中に析出する硫化物 は Ti と Mn とに結合するようになる。このことは図１のコンピュータ計算の結 果と正確に一致している。 〈実施例４〉 実施例１の表１の鋼を実施例３と同じ条件で熱間圧延し、酸洗した後、圧下率 90％で冷間圧延し、図３の連続焼鈍炉により30秒間の連続焼鈍を行った。ついで 硬度測定（ロックウェル 30T）とミクロ構造の観察とから再結晶完了温度を求め た。結果を Mn および Ti 含有量の関数として図３に示す。 図３Ａは再結晶完了温度に対する Mn 含有量の影響を示す。 図３Ｂは Ti 含有量と再結晶完了温度との関係を示す。 図３に見られるように、極低炭素鋼においては、再結晶温度は Ti 含有量と共 に増加し、Mn含有量の増加に対しては当初減少した後、一定値となる。Tiを含ま ない比較例１の鋼の再結晶温度は 610℃ であるのに対して、0.036％の Ti を 含む比較例３の鋼の再結晶温度は 730℃ であった。 一方、本発明による鋼ａ，ｂにおいては、同程度の Ti を含む比較例４の鋼よ りも再結晶温度が低い。この理由は上述したとおり、Mn析出物の影響であり、し たがって適切な Mn 含有量が要求される。以上の結果に基づき、本発明において は Ti 含有量の上限を0.035％、Mn含有量の下限を0.1 ％と定めている。さらに Mn 含有量の上限を0.3％としているが、これはこれ以上の含有量としても再結晶 温度はもはや上昇せず、鋼の硬化が進みすぎて、製造コストが上昇するためであ る。 〈実施例５〉 実施例１の鋼から本発明による鋼ａ，ｂを選び、熱間圧延し、得られた鋼板を 圧下率 85〜92％で冷間圧延し、700℃で連続焼鈍した後、圧下率0.4％で焼戻し 圧延して、黒板の平面異方性および塑性異方性を測定した。結果を図４に示す。 図４Ａは平面異方性の値を、図４Ｂは塑性異方性の値を示している。 深絞りの際に生ずる耳が大きければ、その切断による損失が増加し、また残る フランジ部の異常による欠陥が発生する。したがって平面異方性は重要な因子で あり、D&I 缶や深絞り容器の製造に用いる黒板においては、耳の発生を最小限に 抑える必要がある。一般に平面異方性の値が 0に近づくにつれて耳の発生も 0に 近づく。平面異方性の値が 0.2以上になると、０°と９０°の方向に４つの耳が 形成される。さらにその値が負で -2 より小さければ、４５°の方向に４つの耳 が形成され、その高さは高い。 図４に示すように、本発明による鋼ａ，ｂを用いて製作した熱処理試験片をチ ェックし、直接引抜き（引抜き比 2.1、カップ直径 50mm）に付した。この場合 カップに生じた耳は６個であった。したがって平面異方性 0.2以下に対応する冷 間圧延の圧下率は88〜92％であることがわかる。加工性の評価尺度である塑性異 方性は、圧下率の増加によっても変化しなかった。 以上説明した本発明においては、極低炭素鋼が使用されるが、微細析出物の形 成の時点は、通常は熱間圧延中であるのに対して、熱間圧延の直前に来るように 調整されている。したがって従来の製品に比べて再結晶温度は極めて低く、連続 焼鈍黒板の機械的性質の変動は小さく、製品の品質が安定する。さらに連続焼鈍 温度が低いため、高温連続焼鈍で通常見られるようなストリップのバックリング 、トラッキング不良、破断などは起こらない。また溶質 Sは Ti よりも優先して Mn によって析出除去され、したがって析出し得る Cの量が大きくなり、従来法 に比べて極めて少量の Ti によって除去することができる。このため従来法に比 べて加工性の優れた連続圧延・軟質焼戻し黒板を得ることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．重量比で C 0.005％以下、Mn 0.1〜0.3％、S 0.015％以下、酸可溶性Al 0.0 2〜0.05％、N 0.004％以下、Ti 0.015〜0.035％を含有し、残部は Fe および他 の不可避的不純物である、D&I 缶および深絞り容器製造用連続焼鈍・軟質焼戻し 黒板。 ２．r 値が 1.7またはそれ以上、Δr 値が 0.2またはそれ以下、焼戻し度が T2. 5 またはそれ以下、且つ伸びが40％である、請求項１の連続焼鈍・軟質焼戻し黒 板。 ３．重量比で C 0.005％以下、Mn 0.1〜0.3％、S 0.015％以下、酸可溶性Al 0.0 2〜0.05％、N 0.004％以下、Ti 0.015〜0.035％を含有し、残部は Fe および他 の不可避的不純物であるアルミキルド鋼を通常の方法で熱間圧延する工程と、 圧下率88〜92％で冷間圧延する工程と、 再結晶温度を超え 730℃に満たない温度で連続焼鈍を行う工程と、 圧下率0.4％以上で焼戻し圧延を行う工程と から成る、D&I 缶および深絞り容器製造用連続焼鈍・軟質焼戻し黒板の製造方法 。