JPWO2014073205A1 - ３ピース缶用鋼板およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

外力に対する缶胴の座屈強度が高く、また鋼板を円筒状に成形した後さらに円周方向に伸び歪みを与えることで意匠性を有する形状に加工する際の加工性にも優れた缶用鋼板およびその製造方法を提供する。質量％で、Ｃ：０．０００５％以上０．００３５％以下、Ｓｉ：０．０５０％以下、Ｍｎ：０．６０％超え１．００％以下、P：０．０３０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．０１０％以上０．１００％以下、N：０．００３０％以下、B：０．０００５％以上を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、Ｂ／Ｎ≧０．５０（Ｂ／Ｎは（Ｂ（質量%）／１０．８１）／（Ｎ（質量%）／１４．０１）を表す）である組成にして、圧延方向に対して９０°方向のヤング率を２２０ＧＰａ以上にする。

Description

本発明は、食品や飲料缶に用いられる３ピース缶の材料に適した缶用鋼板およびその製造方法に関する。本発明の３ピース缶用鋼板は、円筒状に成形、溶接した後さらに円周方向に伸び歪みを与えることで意匠性を有する形状に加工する際の加工性に優れる。また、本発明の３ピース缶用鋼板を用いて製造した缶は、外力に対する缶胴部の座屈強度が高い。
環境負荷の低減およびコスト削減の観点から、食品缶や飲料缶に用いる鋼板の使用量の削減が求められており、鋼板の薄肉化が進行している。しかし、鋼板の薄肉化に伴い、製缶、内容物充填、搬送および市場における取り扱いの際に作用する外力によって缶胴が変形したり、内容物の加熱殺菌処理等における缶内外の圧力増減により缶に対して加わる力によって缶胴が変形（座屈）したりする問題が顕在化している。
その対策として、缶胴の強度を高めるために鋼板の高強度化が行われてきた。しかし、缶胴をシーム溶接で接合する３ピース缶の場合、鋼板の高強度化により、シーム溶接前に缶体を円筒状に成形するロールフォーミング工程における形状凍結性が低下し、溶接時に鋼板の重なり部で適切な幅が確保できず、溶接工程において不具合が発生する場合がある。
また、鋼板の高強度化は同時に延性の低下を伴い、溶接後の缶胴に対して施されるネック加工、フランジ加工などの加工性の劣化を招く。
また、コーヒー缶など飲料容器に用いる３ピース缶では、鋼板の圧延方向に対して９０°の方向、つまり鋼板の幅方向にロールフォーミングする缶体が多い。一般に鋼板の幅方向の機械特性は圧延方向に対して高強度、低延性であり、高強度化された鋼板はこのような缶への適用が困難である。
このように、鋼板の高強度化は、鋼板の薄肉化に伴う耐変形性の劣化を補う方法としては必ずしも最適ではない。
そもそも、缶胴の座屈は、缶胴部の板厚が薄肉化されたことによる缶体の剛性の低下によって生じる。従って、耐座屈性を向上させるためには、鋼板のヤング率（縦弾性係数）そのものを高めて缶胴の剛性を向上させる方法が有効であると考えられる。ヤング率と結晶方位には強い相関がある。＜１１０＞方向が圧延方向に平行な結晶方位群（αファイバー）が多い場合、圧延方向に対して９０°方向のヤング率が向上することが知られている。高いヤング率を志向した缶用鋼板として、以下の技術が開示されている。
特許文献１には、冷延焼鈍後、圧下率が５０％超の二次冷間圧延を行い、強いαファイバーを形成させ、圧延方向に対して９０°方向のヤング率を高めた容器用鋼板の製造技術が開示されている。
特許文献２には、熱延板を６０％以上の圧下率で冷延し、強いαファイバーを形成させ、圧延方向に対して９０°方向のヤング率を高めた、焼鈍を行わない容器用鋼板の製造技術が開示されている。
特許文献３には、極低炭素鋼にＴｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｂを添加し、Ａｒ3変態点以下の温度で少なくとも５０％以上の圧下率で熱間圧延を行い、冷間圧延後に４００℃以上の再結晶温度以下で焼鈍することにより、圧延方向に対して９０°方向のヤング率を高めた、容器用鋼板の製造技術が開示されている。
一方、近年では缶体に意匠性を持たせるため、鋼板を円筒状に成形、溶接した後さらに円周方向に伸び歪みを与えて特徴的な形状に加工する場合がある。このように加工された缶は異型缶と呼ばれる。この異型缶の缶胴の形状的な効果として缶胴の剛性が高まり、缶胴の強度が向上する。特に、この高強度化は、内容物の加熱殺菌処理等における缶内外の圧力増減による座屈に対して有効に作用する。このような異型缶に用いる鋼板は、加工によって破断を発生させないための延性を備えることが必要である。また、ストレッチャーストレインを発生させないために、異型缶に用いる鋼板の降伏延びは低く抑えられる必要がある。また、肌荒れを発生させないために、異型缶に用いる鋼板の結晶粒の粗大化を防ぐ必要がある。さらに缶高さを減少させないために、異型缶に用いる鋼板のランクフォード値（ｒ値）は低いことが必要である。
特に、缶コーヒーなど飲料容器に用いる３ピース缶では、鋼板の圧延方向に対して９０°の方向、つまり鋼板の幅方向が缶胴の周方向になるように溶接される場合が多い。この場合、異型缶への加工のため缶胴の周方向に引張変形が生じる。周方向の引張による伸びに伴い、缶高さ方向は逆に縮む方向に変形が生じ、これにより缶高さが減少する。これを抑制するためには、周方向のｒ値を低減することが有効である。こうした特性を備える鋼板として、以下の技術が開示されている。
特許文献４では、質量％でＣ：０．０５％超〜０．１％以下、Ｍｎ：０．３〜１．５％、Ａｌ：０．０１〜０．１％、Ｂ：０．０００２〜０．０１％、Ｎ：０．００３０％以下を含有する鋼素材を、加熱温度：１０５０〜１３００℃に加熱後、仕上圧延温度：８００〜１０００℃とする仕上圧延を施し、巻取り温度：５００〜７５０℃で巻取ったのち、酸洗、およびそれに続く冷間圧延を行い、ついで再結晶温度以上７２０℃以下の温度で連続焼鈍を行ったのち、圧下率：８％超〜１０％の二次冷間圧延を施す製造方法が開示されている。この技術は鋼の含有成分のうち特にＭｎ、Ｂの添加量を適切に調整することで、ｒ値の低減と時効性の改善を行うものである。
特許文献５では、Ｃ：０．０００５〜０．０５ｗｔ％、Ｂ：０．０００２〜０．０１ｗｔ％含有する鋼スラブを、仕上圧延温度が８００℃〜１０００℃の条件で熱間圧延した後、５００〜７５０℃の温度範囲で巻き取り、１次冷間圧延を経て、再結晶温度〜８５０℃の温度範囲で６０ｓｅｃ以下の均熱時間で均熱する焼鈍を行い、次いで圧下率２０％以下で２次冷間圧延することにより、圧延方向および圧延直角方向のうちの少なくとも一方の方向のｒ値を１．０以下とする技術が開示されている。この技術はｒ値の規定によって、加工による缶高さ減少の抑制を行うものである。
特開平０６−２１２３５３号公報 特開平０６−２４８３３２号公報 特開平０６−２４８３３９号公報 特開平１１−１２４６５４号公報 特開平１０−２４５６５５号公報
しかしながら、上記の従来技術においては、以下に示す問題が挙げられる。
特許文献１の技術では、高いヤング率を得るために結晶粒の短径に対する長径の比が平均で４以上である加工組織が必要である。組織をこの加工組織にするために、二次冷間圧延する鋼板の製造方法において、二次冷間圧延の圧下率を５０％超にしなければならず、鋼板強度が過度に高くなる。また、二次冷間圧延の工程が増えることにより製造コストが上昇してしまう。
特許文献２の技術では、高いヤング率を得るために６０％以上冷延し、その後全く焼鈍を行わないため、鋼板は鋼板強度が過度に高いばかりでなく伸びも劣る。このため、鋼板のネック加工やフランジ加工で不具合が発生する。
特許文献３の技術では、高ヤング率鋼板を得るために再結晶温度以下で焼鈍しなければならない。その結果、鋼板の組織中に冷間圧延後の組織が残存したままになり、鋼板強度が過度に高いばかりでなく伸びも劣る。このため、鋼板のネック加工やフランジ加工で不具合が発生する。
特許文献４の技術では、Ｂの添加により、高くなりがちなｒ値を低下させるため、圧下率８％超の２次冷間圧延を施す必要がある。結果として鋼板の強度が増し同時に延性が低下する。この延性の低下により、高い加工度の缶胴加工による破断、ネック加工性の劣化、フランジ加工性の劣化が懸念され、板厚の低減には限界がある。
特許文献５の技術では、鋼板の強度が低い極低炭素鋼を用いることで、鋼板の耐座屈性が低下する。この低下を抑えるために、二次冷間圧延で鋼板の強度を高める必要があるとされている。このようにして強度を高めることによって、鋼板の伸びが低下して、高い加工度の缶胴加工での鋼板の破断、ネック加工性の劣化、フランジ加工性の劣化が懸念され、板厚の低減には限界がある。
つまり、鋼板の薄肉化による缶体の耐座屈性の低下を防止するために高強度材を適用すると、ネック加工性やフランジ加工性の劣化を伴う。従って、缶体に意匠性を持たせた異型缶による缶体剛性の向上においても、缶胴の加工性を維持しつつ缶体の耐座屈強度を十分に確保するためには、板厚の低減に限界があった。
本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、上述した従来技術の問題を解決し、外力に対する缶胴の座屈強度が高く、また鋼板を円筒状に成形した後さらに円周方向に伸び歪みを与えることで意匠性を有する形状に加工する際の加工性にも優れた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。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、極低炭素鋼をベースに化学成分等を最適化することで、外力に対する缶胴部の座屈強度に優れた３ピース缶用鋼板の製造が実現可能であることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、本発明がその要旨とするところは、以下の通りである。
（１）質量％で、Ｃ：０．０００５％以上０．００３５％以下、Ｓｉ：０．０５０％以下、Ｍｎ：０．６０％超え１．００％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．０１０％以上０．１００％以下、Ｎ：０．００３０％以下、Ｂ：０．０００５％以上を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、Ｂ／Ｎ≧０．５０（Ｂ／Ｎは（Ｂ（質量％）／１０．８１）／（Ｎ（質量％）／１４．０１）を表す）であり、圧延方向に対して９０°方向のヤング率が２２０ＧＰａ以上であることを特徴とする３ピース缶用鋼板。
（２）圧延方向に対して９０°方向のランクフォード値が１．００未満、且つ２１０℃で２０分間の熱処理後の降伏点伸びが３．０％以下、且つ２１０℃で２０分間の熱処理後の破断伸びが２５％以上であることを特徴とする（１）に記載の３ピース缶用鋼板。
（３）板面の（１１１）［１−１０］〜（１１１）［−１−１２］方位における平均の集積強度が７．０未満、且つ板面の（００１）［１−１０］〜（１１１）［１−１０］方位における平均の集積強度が３．８以上である組織を有することを特徴とする（１）または（２）に記載の３ピース缶用鋼板。
（４）質量％で、Ｃ：０．０００５％以上０．００３５％以下、Ｓｉ：０．０５０％以下、Ｍｎ：０．６０％超え１．００％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．０１０％以上０．１００％以下、Ｎ：０．００３０％以下、Ｂ：０．０００５％以上を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつＢ／Ｎ≧０．５０（Ｂ／Ｎは（Ｂ（質量％）／１０．８１）／（Ｎ（質量％）／１４．０１）を表す）を満たす成分組成を有する鋼スラブに、再加熱温度が１１００℃超え１３００℃以下、最終仕上圧延温度が８５０℃以上９５０℃未満の熱間圧延を施したのち、５００℃以上６５０℃未満の温度で巻取り、酸洗後、９２%超えの圧下率で冷間圧延し、連続焼鈍によって７００℃超え８００℃以下の温度で再結晶焼鈍し、０．５％以上５．０％以下の伸長率で調質圧延を行うことを特徴とする（１）〜（３）のいずれか一項に記載の３ピース缶用鋼板の製造方法。
本発明は缶胴の耐座屈性を向上することを主眼とする。その方法は、従来広く採用されてきた鋼板を高強度化する方法ではなく、鋼板のヤング率を向上させる方法である。従来技術のような高強度化の方法を採らないため、本発明の鋼板は耐座屈性を備えるとともに優れた加工性を有する。
本発明の鋼板を異型缶に適用した際に、上記のヤング率の効果および異型缶の形状による効果が相乗的に作用して、缶体の剛性の向上に寄与し、耐座屈性をさらに向上させる。
すなわち、本発明によれば、外力に対する缶胴の座屈強度が高く、また鋼板を円筒状に成形した後さらに円周方向に伸び歪みを与えることで意匠性を有する形状に加工する際の加工性に優れた缶用鋼板およびその製造方法の提供が可能となる。
以下、本発明を詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
まず、鋼成分について説明する。なお、成分の含有量の「％」は質量％である。
Ｃ：０．０００５％以上０．００３５％以下
Ｃは再結晶集合組織に影響を及ぼす元素である。Ｃの含有量が少ないほど｛１１１｝面が板面に平行な結晶方位群への集積を高める。この結晶方位群への集積を高めることにより、鋼板の圧延方向に対する角度に関わらずヤング率は向上する傾向にある。結果として、｛１１１｝面が板面に平行な結晶方位群への集積を高めることは、本発明の目的とする、圧延方向に対して９０°の方向のヤング率を向上させることに寄与する。この効果を得るための条件として、Ｃの含有量を０．００３５％以下とする。また、鋼中に固溶しているＣの量が多いほど降伏伸びが大きくなり、ストレッチャーストレインが発生しやすい。その観点からもＣの含有量の上限を０．００３５％とする。一方、Ｃの含有量が極度に低くなると｛１１１｝面が板面に平行な結晶方位群を過剰に増加させる。この増加の結果として、圧延方向に対して９０°の方向のヤング率の向上に有効な＜１１０＞方向において、圧延方向に平行な結晶方位群（αファイバー）の存在量が相対的に低下する。そのため、Ｃの含有量を０．０００５％以上とする。好ましいＣの含有量は０．０００８％以上０．００３０％以下であり、最も好ましいＣの含有量は０．００１０％以上０．００２７％以下である。なお、結晶方位の定義、標記は文献（物質の対称性と群論,今野 豊彦, 共立出版，２００１．１０）による。
Ｓｉ：０．０５０％以下
Ｓｉを多量に添加すると、鋼板の表面処理性の劣化および耐食性の低下の問題が発生する。このため、Ｓｉの含有量は０．０５０％以下、好ましくは０．０２０％以下、最も好ましくは０．０１５％以下とする。なお、Ｓｉの含有量の下限値は特に限定されず０％であってもよいが、精錬コストが過大となるため０．００５％以上であることが好ましい。
Ｍｎ：０．６０％超え１．００％以下
Ｍｎは、本発明の効果を発現させる元素として重要な元素である。Ｍｎが鋼中に含まれるＳとＭｎＳを形成することにより、Ｓに起因する熱間延性の低下を防止することができる。このためＭｎを一定量以上の添加することが必要である。他方、多量のＭｎの添加は過剰な硬化および耐食性の劣化を招くため避ける必要がある。
また、本発明の目的は、缶胴の耐座屈性を高めるための鋼板のヤング率の向上、異型缶に用いる際に必要な鋼板幅方向のｒ値の低減、時効性の低減、肌荒れ防止のための細粒化を得ることであり、Ｍｎの適切な添加によりこれらの達成が可能となる。
まず、ヤング率の向上にはαファイバーの存在量を確保する必要がある。本発明では、鋼板中のＣ量を０．０００５％〜０．００３５％以下とすることで、｛１１１｝面が板面に平行な結晶方位群への集積を高め、板面全方向でのヤング率を平均的に向上させている。しかし、これが過度になると本発明の目的とする圧延方向に対して９０°の方向のヤング率向上に有効なαファイバーの存在量が相対的に低下する。Ｍｎは、Ｃ量が上記範囲にある場合に、｛１１１｝面が板面に平行な結晶方位群への集積を抑制する作用を有し、αファイバーの相対的な減少を防ぐ。また、鋼板を異型缶の製造に用いる場合には、缶胴周方向のｒ値を低減する必要がある。ｒ値も結晶集合組織に支配されるため、Ｍｎの上記作用により、特に鋼板幅方向のｒ値を低減することができる。さらに、Ｍｎは時効性の低減にも寄与する。本発明の鋼板のＣ量はいわゆる極低炭素鋼の領域にあり、鋼板中のＣは多くが固溶状態で存在し、一部がセメンタイトを形成した状態である。時効性は固溶Ｃの存在に起因する特性であり、これが多いと時効性が劣る。ＭｎはＣと相互作用してＣを固溶状態で安定化させること、および、セメンタイト中にＦｅと置換する形で混入することによりセメンタイトを安定化させ、セメンタイトの加熱時の溶解を抑制して固溶Ｃの増加を防ぐ。加えて、ＭｎはＡｒ３変態点を低下させる元素の一つであり、熱間圧延時の結晶を微細化する作用を有する。また、Ｍｎは後述するＢ添加による細粒化効果とも相まって冷間圧延、焼鈍後の結晶粒も細粒化させ、加工時の肌荒れの抑制に寄与する。
上記の作用を発現させるためには、Ｍｎの含有量としては０．６０％超えの添加が必要である。一方で、Ｍｎの含有量を増しても上記作用が飽和することに加え耐食性の劣化、過剰な硬質化を招くため、Ｍｎの含有量の上限は１．００％とする。好ましいＭｎの含有量は０．６３％以上０．９１％以下である。
Ｐ：０．０３０％以下
Ｐは、多量に添加すると、鋼の硬質化、耐食性の低下を引き起こす。よって、Ｐの含有量の上限は０．０３０％とする。好ましいＰの含有量は０．０２２％以下である。なお、Ｐの含有量の下限値は特に限定されないが、精錬コストが過大となるため０．００２％であることが好ましい。
Ｓ：０．０２０％以下
Ｓは、鋼中でＭｎと結合してＭｎＳを形成し、多量に析出することで鋼の熱間延性を低下させる。よって、Ｓの含有量の上限は０．０２０％とする。好ましいＳの含有量は０．０１８％以下とする。なお、Ｓの含有量の下限値は特に限定されないが、精錬コストが過大となるため０．００２％であることが好ましい。
Ａｌ：０．０１０％以上０．１００％以下
Ａｌは、脱酸剤として添加される元素である。また、Ａｌは、Ｎと反応してＡｌＮを形成することにより、鋼中の固溶Ｎを減少させ降伏点伸びを低下させる効果や、熱延板の組織を微細にすることで集合組織の発達を促進しヤング率を向上させる効果を有する。しかしＡｌの含有量が０．０１０％未満では、十分な脱酸効果や固溶Ｎ低減効果が得られない。一方、Ａｌの含有量が０．１００％を超えると、上記効果が飽和するだけでなく、アルミナなどの介在物が増加するため好ましくない。よってＡｌの含有量は０．０１０％以上０．１００％以下の範囲とする。好ましいＡｌの含有量は、０．０２５％以上０．０５０％以下である。
Ｎ：０．００３０％以下
Ｎは不可避的に混入する不純物の一つである。Ｎ量が高くなるほど降伏点伸びが大きくなりストレッチャーストレインが発生しやすい。また、Ｎ量が高くなるほど、Ｎの固定に必要なＢ量が増加し、鋼板の製造コストが増加する。よって、Ｎの含有量の上限は０．００３０％とする。より好ましいＮ量の上限は０．００２５％である。一方、ＮはＡｌと反応してＡｌＮを形成して熱延板の組織を微細にすることで、集合組織の発達を促進しヤング率の向上に寄与する。この観点からＮ量は０．０００５％以上とすることが好ましく、より好ましくは０．００１８％以上である。
Ｂ：０．０００５％以上かつＢ／Ｎ≧０．５０（Ｂ／Ｎは（Ｂ（質量%）／１０．８１）／（Ｎ（質量％）／１４．０１）を表す）
Ｂもまた、本発明の効果を発現させる元素として重要な元素である。Ｂは熱間圧延の段階でＢＮ（窒化ホウ素）として析出する。Ｂは、ＢＮが析出するために必要な量以上に添加された場合、熱延板および焼鈍板の結晶粒を微細にする効果を有することが認められている。特に、Ｎに対して過剰にＢが添加された場合にこの効果が高まる。これは、過剰に添加されたＢが結晶粒界に固溶Ｂとして偏析し、結晶粒の粒成長を抑制するためであると考えられる。このような結晶粒の微細化効果を発揮させるためには、ＢＮを析出させた上でさらに固溶ＢとしてＢを存在させることが必要である。具体的にはＢとＮの原子比でＢ／Ｎ≧０．５０である必要がある。またＢは、鋼中に固溶したＮと結合してＢＮとして析出することにより、時効硬化を防止する効果がある。Ｂの含有量を０．０００５%未満またはＢ／Ｎ＜０．５０ではこの効果を発揮させることができない。以上より、本発明ではＢの含有量を０．０００５％以上とし、かつＢ／Ｎ≧０．５０を満たすように成分組成を調整する。好ましくはＢの含有量を０．０００８％以上かつＢ／Ｎ≧０．５８である。なお、Ｂの含有量の上限値は特に限定されないが、効果が飽和しコスト高となるため０．０１００％であることが好ましい。
Ｆｅおよび不可避的不純物
上記した成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。ここで不可避的不純物とは、例えばＳｎである。Ｓｎは不可避的に混入する代表的な不可避的不純物である。不可避的不純物の含有量は特に限定されず、許容される不可避的不純物の含有量は不可避的不純物の種類にもよるが、Ｓｎの場合には含有量が０．１０％以下であれば問題が無い。
次に、本発明の材質特性および組織について説明する。
圧延方向に対して９０°方向のヤング率が２２０ＧＰａ以上
缶胴部の剛性を高める観点から、圧延方向に対して９０°方向のヤング率は２２０ＧＰａ以上とする。これによりパネリング強度が顕著に向上し、鋼板の薄肉化に伴う、内容物の加熱殺菌処理等における缶内外の圧力の増減による缶胴部の変形を防ぐことができる。好ましい上記ヤング率は２２１ＧＰａ以上である。なお、上記ヤング率の具体的な測定条件は実施例に記載の通りである。
圧延方向に対して９０°方向のランクフォード値が１．００未満
異型缶への加工において、缶胴周方向に引張り変形が加わり、缶胴高さ方向には縮む変形が生じる。これを抑制するためには、缶胴周方向のランクフォード値を１．００未満に制限することが有効である。このため、圧延方向に対して９０°方向のランクフォード値は１．００未満とすることが好ましい。より好ましい上記ランクフォード値は０．９６以下である。なお、ランクフォード値の具体的な測定条件は実施例に記載の通りである。
２１０℃で２０分間の熱処理後の降伏点伸びが３．０％以下
食品缶や飲料缶では、鋼板に焼付け塗装した後に缶胴に加工されることが多いため、焼付け塗装に相当する熱処理を施して評価する必要がある。また、３ピース缶では缶胴の円周方向が鋼板の幅方向になることが多いため、圧延方向から９０°方向を長手に引張試験片を採取して試験することで、円周方向に伸びひずみが導入される缶胴加工の成形性を評価することができる。このため２１０℃で２０分間の熱処理を行い、圧延方向から９０°方向を長手とした試験片にて引張試験を行う。この試験方法において降伏点伸びが３．０％を超えると、異型缶の形状に加工した場合にストレッチャーストレインが顕著に発生して意匠性が低下する。このため、２１０℃で２０分間の熱処理後の降伏点伸びを３．０％以下にすることが好ましい。より好ましくは上記降伏点伸びを２．６％以下とする。上記降伏点伸びの具体的な測定条件は実施例に記載の通りである。
２１０℃で２０分間の熱処理後の破断伸びが２５％以上
圧延方向から９０°方向を長手とした上記引張試験において、２１０℃で２０分間の熱処理後の破断伸びが２５％未満では、加工度の高い缶胴加工を鋼板に施した場合に鋼板が破断するため、本熱処理後の破断伸びを２５％以上にすることが好ましい。より好ましくは上記破断伸びを２７％以上にする。なお、上記破断伸びの具体的な測定条件は実施例に記載の通りである。
板面の（１１１）［１−１０］〜（１１１）［−１−１２］方位における平均の集積強度が７．０未満
（１１１）［１−１０］〜（１１１）［−１−１２］方位の集合組織を発達させることで、圧延方向に対して０°、４５°、９０°方向のヤング率を等方的に高めることができる。このため、この結晶方位における平均の集積強度は高いことが望ましく、４．０以上が好ましい。しかし、結晶方位分布関数の値が高い、つまりこの方位への集積度が高いと、相対的に（００１）［１−１０］〜（１１１）［１−１０］方位の集積度の低下を招くため、鋼板幅方向のヤング率が低下し、一方でｒ値が上昇する。そのため、（１１１）［１−１０］〜（１１１）［−１−１２］方位における平均の集積強度は７．０未満とすることが好ましい。より好ましい上記平均の集積強度は６．８以下である。なおミラー指数の表記について、［１−１０］、［−１−１２］はそれぞれ以下の数式（Ｉ）、（ＩＩ）の通りである。また、上記集積強度の具体的な測定方法は実施例に記載の通りである。なお、結晶方位の定義、標記は上記文献（物質の対称性と群論,今野 豊彦, 共立出版，２００１．１０）による。
Figure 2014073205
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板面の（００１）［１−１０］〜（１１１）［１−１０］方位における平均の集積強度が３．８以上
（００１）［１−１０］〜（１１１）［１−１０］方位をもつ集合組織の集積度が高まると、鋼板幅方向におけるヤング率が高まると共に、ｒ値が低下する。本発明で規定したヤング率およびｒ値を得るためには、（００１）［１−１０］〜（１１１）［１−１０］方位における平均の集積強度を３．８以上にすることが好ましい。より好ましい上記平均の集積強度は４．１以上である。なお、上記集積強度の具体的な測定条件は実施例に記載の通りである。なおミラー指数の表記については、［１−１０］、［−１−１２］と同様である。
フェライト平均結晶粒径
フェライト平均結晶粒径が大きい場合、鋼板を異型缶の製造に用いると、加工後の鋼板表面は微細な凹凸状となっていわゆる肌荒れが現れる。この現象を避けるためには、フェライト平均結晶粒径は１０．０μｍ以下が好ましい。より好ましい上記フェライト平均結晶粒径は７．９μｍ以下である。なお、フェライト平均結晶粒径の具体的な測定条件は実施例に記載の通りである。
次に、本発明の製造条件について説明する。
スラブ再加熱温度：１１００℃超え１３００℃以下
スラブ再加熱温度が高すぎると製品表面の欠陥や、エネルギーコストが上昇するなどの問題が発生する。一方、スラブ再加熱温度が低すぎるとＡｌＮ、ＢＮなどの析出物の再溶解が十分に進行せず、それらの分布に不均一が生じる結果、鋼板の結晶粒度分布が不均一になることから、所定のヤング率やｒ値が得られなくなる。これより、スラブ再加熱温度は１１００℃超え１３００℃以下の範囲とする。
熱間圧延の最終仕上圧延温度：８５０℃以上９５０℃未満
熱延鋼板の結晶粒微細化や析出物分布の均一性の観点から、最終仕上圧延温度は８５０℃以上９５０℃未満とする。最終仕上圧延温度が９５０℃以上になると、圧延後のγ粒（オーステナイト粒）成長がより激しく起こり、それに伴う粗大γ粒により変態後のα粒（フェライト粒）の粗大化を招く。また、最終仕上圧延温度が８５０℃より低い場合は、Ａｒ３変態点以下の圧延となり、α粒の粗大化を招く。
熱間圧延の巻取温度：５００℃以上６５０℃未満
巻取温度が低すぎると熱延板の形状が劣化し、次工程の酸洗、冷間圧延の操業に支障をきたすため、５００℃以上とする。好ましくは５６０℃以上である。一方、巻取温度が高すぎると、鋼板のスケール厚みが顕著に増大し次工程の酸洗時の脱スケール性が劣化する可能性があるとともに、熱延板結晶粒径が粗大化し、集合組織の変化により製品で所望のヤング率やｒ値が得られなくなるため、巻取温度は６５０℃未満とする。上記問題を一層改善するためには、巻取温度は６２０℃以下が好ましい。巻取温度の低温化によるα粒成長の抑制で熱延鋼板を微細化し、その効果を継承することで焼鈍後結晶粒径を微細化させるために、巻取温度は５９０℃以下がさらに好ましい。なお、次工程の酸洗における酸洗条件は表層スケールが除去できればよく、特に条件は規定しない。通常行われる方法により、酸洗することができる。
冷間圧延の圧下率：９２．０％超え
圧下率は本発明において最も重要な製造条件である。焼鈍後の鋼板の集合組織はＭｎ、Ｂの添加量および巻取温度のみではなく圧下率にも影響を受けるので、圧下率は上記Ｍｎ添加量、Ｂ添加量および熱間圧延工程での巻取温度との関係で適切に設定されなければならない。具体的には圧下率を９２．０％超えとすることで、幅方向でのヤング率とｒ値を必要な範囲に制御することができる。なお、圧下率の上限値は特に限定されないが、圧延機の負荷増大に伴うトラブル防止の観点から９６％が好ましい。
焼鈍温度：７００℃超え８００℃以下
焼鈍方法は、材質の均一性と高い生産性の観点から連続焼鈍法が好ましい。連続焼鈍における焼鈍温度は再結晶温度以上であることが必須であり、材質均一性の観点からさらに７００℃超えである必要がある。焼鈍温度が高すぎると結晶粒が粗大化し、加工後の肌荒れが大きくなるほか、缶用鋼板などの薄物材では炉内破断やバックリングの発生の危険が大きくなる。このため、焼鈍温度の上限は８００℃とする。好ましい焼鈍温度の範囲は７１０℃以上７８０℃以下である。
調質圧延の伸長率：０．５％以上５．０％以下
表面粗度の付与、ストレッチャーストレインの発生を抑制するために、調質圧延の伸長率は０．５％以上であることが好ましい。一方、調質圧延の伸長率が５．０％を超えると、鋼板の硬質化および伸びの低下により、ネック加工性およびフランジ加工性が劣化する。よって、調質圧延の伸長率の上限は５．０％とする。好ましい上記伸長率は１．２％以上４．０％以下である。
表１に示すＡ〜Ｎの成分組成を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼を溶製し、鋼スラブを得た。得られた鋼スラブを用い、表２に示す製造条件で、缶用鋼板原板を製造した。この缶用鋼板原板を用いて以下の測定等を行った。
この缶用鋼板原板に対して、以下の方法で１／４板厚における板面の（１１１）［１−１０］〜（１１１）［−１−１２］方位における平均の集積強度を測定した。まず、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）を行い、研磨した１／４板厚の位置にて、上記平均の集積強度を測定した。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結晶方位分布関数（ＯＤＦ：Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を算出し、Ｅｕｌｅｒ空間（Ｂｕｎｇｅ方式）のφ２＝４５°、Φ＝５５°において、φ１＝０°、５°、１０°・・・９０°（φ１は０°から９０°まで５°間隔の値とした）のときの集積強度の平均値を（１１１）［１−１０］〜（１１１）［−１−１２］方位における平均の集積強度とした。同様に、φ２＝４５°、φ＝０°において、Φ＝０°、５°、１０°、・・・５５°（Φは０°から５５°まで５°間隔の値とした）のときの集積強度の平均値を（００１）［１−１０］〜（１１１）［１−１０］方位における平均の集積強度とした。なお、ここでの集積強度はランダム強度比を意味する。
ヤング率の評価は、圧延方向に対して９０°方向を長手方向とする１０×３５ｍｍ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行った。具体的にはＡｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓの基準（Ｃ１２５９）に従い、圧延方向に対して９０°方向のヤング率Ｅ９０を測定した。
ランクフォード値（ｒ値）の測定は、幅１２．５ｍｍ、平行部３５ｍｍ、標点間距離２０ｍｍの引張試験片を用いて、ＪＩＳ Ｚ ２２５４の薄板金属材料の塑性ひずみ比試験方法に準拠して行った。この測定で、圧延方向に対して９０°方向に引張試験を行った時のランクフォード値（ｒ値）ｒ９０を求めた。
また圧延方向に対して９０°方向を長手方向とするＪＩＳ １３号Ｂ引張試験片に２１０℃で２０分間の熱処理を行い、その後にＪＩＳ Ｚ ２２４１の金属材料引張試験方法による引張試験を行い、降伏点伸び（ＹＰＥｌ）と破断伸び（Ｅｌ）を測定した。
フェライト平均結晶粒径は、圧延方向断面のフェライト組織を３％ナイタール溶液でエッチングして粒界を現出させ、光学顕微鏡を用いて撮影した４００倍の写真を用いて、ＪＩＳ Ｇ ０５５１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。
以上による結果を製造条件と併せて表２に示す。
また、これらの缶用鋼板原板に対して両面のＳｎ付着量が２．８ｇ／ｍ２の条件でＳｎめっきを行い、錫鍍金鋼板を製造した。これらの錫鍍金鋼板を２１０℃×２０分の条件で塗装工程相当の焼付け処理を施し、長方形に剪断し、鋼板の圧延方向が円筒の高さ方向になるように円筒状に成形し、端部をシーム溶接し、円筒の両開口端部を円筒外側に延出させてフランジを成形し、そのフランジに別途準備した円盤状の缶蓋を２重巻き締め法で巻き締め、缶体を作成した。缶体サイズは、缶用鋼板原板の板厚によって、市場の適用実績を模して次のようなサイズとした。０．１６０ｍｍの場合は缶胴の直径５２ｍｍかつ缶胴長さ９８ｍｍ、０．１７０ｍｍの場合は缶胴の直径５２ｍｍかつ缶胴長さ１２０ｍｍ、０．１８０ｍｍの場合は缶胴の直径６３ｍｍかつ缶胴長さ１００ｍｍ、０．１７０ｍｍの場合は缶胴の直径７０ｍｍかつ缶胴長さ１１０ｍｍである。得られた缶体を耐圧容器に密封し、容器内部の圧力を加圧空気で増加させ、缶体を空気圧で座屈させた。同時に容器内部の圧力を連続的に測定し、缶体の座屈に伴う容器内部の圧力変化を検出し、座屈発生圧力を決定した。得られた座屈発生圧力を、缶サイズ毎の規定圧力と比較し、規定圧力よりも高い場合を合格、低い場合を不合格と判定した。これらの結果を座屈強度判定結果として合格を○、不合格を×として表２に示した。
Figure 2014073205
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表２より、本発明例では圧延方向に対して９０°方向のヤング率が２２０ＧＰａ以上であり、外力に対する缶胴の座屈強度を高めることが可能である。また、本発明例は、圧延方向に対して９０°方向のｒ値が１．０未満であり、異型缶に加工した際にも缶高さ減少が生じにくい。加えて、本発明例では（１１１）［１−１０］〜（１１１）［−１−１２］方位における平均の集積強度が７.０未満、かつ（００１）［１−１０］〜（１１１）［１−１０］方位における平均の集積強度が３．８以上であり、これらの集合組織により２２０ＧＰａ以上のヤング率と１．０未満のr値が得られていることが分かる。さらに、熱処理後の降伏点伸びが小さいためストレッチャーストレインが生じにくく、かつ破断伸びが大きいため異型缶加工時の加工性に優れることがわかる。一方、比較例は上記のヤング率が２２０ＧＰａを下回り、またｒ値、（１１１）［１−１０］〜（１１１）［−１−１２］方位における平均の集積強度、（００１）［１−１０］〜（１１１）［１−１０］方位における平均の集積強度、降伏点伸び、破断伸びのいずれかが本発明例より劣るものとなっている。

Claims (4)

  1. 質量％で、Ｃ：０．０００５％以上０．００３５％以下、Ｓｉ：０．０５０％以下、Ｍｎ：０．６０％超え１．００％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．０１０％以上０．１００％以下、Ｎ：０．００３０％以下、Ｂ：０．０００５％以上を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、
    Ｂ／Ｎ≧０．５０（Ｂ／Ｎは（Ｂ（質量％）／１０．８１）／（Ｎ（質量％）／１４．０１）を表す）であり、
    圧延方向に対して９０°方向のヤング率が２２０ＧＰａ以上であることを特徴とする３ピース缶用鋼板。
  2. 圧延方向に対して９０°方向のランクフォード値が１．００未満、
    且つ２１０℃で２０分間の熱処理後の降伏点伸びが３．０％以下、
    且つ２１０℃で２０分間の熱処理後の破断伸びが２５％以上であることを特徴とする請求項１に記載の３ピース缶用鋼板。
  3. 板面の（１１１）［１−１０］〜（１１１）［−１−１２］方位における平均の集積強度が７．０未満、
    且つ板面の（００１）［１−１０］〜（１１１）［１−１０］方位における平均の集積強度が３．８以上である組織を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の３ピース缶用鋼板。
  4. 質量％で、Ｃ：０．０００５％以上０．００３５％以下、Ｓｉ：０．０５０％以下、Ｍｎ：０．６０％超え１．００％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．０１０％以上０．１００％以下、Ｎ：０．００３０％以下、Ｂ：０．０００５％以上を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつＢ／Ｎ≧０．５０（Ｂ／Ｎは（Ｂ（質量%）／１０．８１）／（Ｎ（質量%）／１４．０１）を表す）を満たす成分組成を有する鋼スラブに、再加熱温度が１１００℃超え１３００℃以下、最終仕上圧延温度が８５０℃以上９５０℃未満の熱間圧延を施したのち、
    ５００℃以上６５０℃未満の温度で巻取り、
    酸洗後、９２．０％超えの圧下率で冷間圧延し、
    連続焼鈍によって７００℃超え８００℃以下の温度で再結晶焼鈍し、
    ０．５％以上５．０％以下の伸長率で調質圧延を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の３ピース缶用鋼板の製造方法。
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