JPWO2016157877A1 - 缶蓋用鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
質量％で、Ｃ：０．０２０〜０．０６０％、Ｓｉ：０．０１〜０．０５％、Ｍｎ：０．２０〜０．６０％、Ｐ：０．００１〜０．１００％、Ｓ：０．００８〜０．０２０％、Ｎ：０．０１３０〜０．０１９０％、Ａｌ：０．００５〜｛−４．２０×Ｎ＋０．１１０｝％を含有し、Ｍｎｆ＝Ｍｎ−１．７×Ｓとした時、Ｍｎｆ：０．３０％以上０．５８％以下であり、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、２１０℃×１０分の時効処理の後、下降伏強度ＹＰ（Ｎ／ｍｍ２）および降伏点伸びＹＰＥｌ（％）が、ＹＰ≧３５５、ＹＰＥｌ≧２、かつＹＰＥｌ≧（６０／（ＹＰ−３５５））＋２およびＹＰ≦４．０９×ＹＰＥｌ＋４７６を満たす、缶蓋用鋼板およびその製造方法。
Description
本発明は、食品缶詰や飲料缶詰等の缶蓋用鋼板およびその製造方法に関するものである。
食品缶詰や飲料缶詰は、その製造段階で内容物の加熱殺菌処理が行われる。この際、缶の内外で圧力差が生じ、缶体に圧力が作用する。缶体は、缶胴と缶蓋とから主に構成される。このうち、缶胴はその形状が応力を分散させやすい円筒形であるため、圧力が作用しても変形が少ない。一方、缶蓋は平面で構成される部分が多く、圧力を平面で受けるため変形しやすい。缶蓋の過剰な変形は好ましくなく、圧力を受けても変形し難い缶蓋の提供が求められている。
缶蓋の圧力に対する変形を抑制する方法としては、缶蓋用鋼板の耐圧強度を高くすることが挙げられる。耐圧強度を高くした缶蓋用の鋼板に関する技術として、以下の特許文献１〜３に記載の技術がある。
特許文献１に記載の技術は、下降伏強度と板厚の積を規定することで加工性を確保し、かつ、時効後の上降伏強度と板厚の二乗の積を規定することで耐圧強度を確保したエアゾールボトム缶用鋼板に関するものである。この特許文献１には、質量％で、Ｃ：０．０２０％以上０．０９０％以下、Ｓｉ：０．０１％以上０．０５％以下、Ｍｎ：０．０５％以上０．６０以下％、Ｐ：０．００１％以上０．１００％以下、Ｓ：０．００１％以上０．０２５％以下、Ｎ：０．００１０％以上０．００７０％未満、Ａｌ：０．０１０％以上｛−４．２×Ｎの含有量（％）＋０．１１｝％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、板厚を０．３５０ｍｍ以下とし、下降伏強度（Ｎ／ｍｍ２）と前記板厚（ｍｍ）との積が１９５（Ｎ／ｍｍ）以下、圧延率１０％の圧延予歪を施した後、２５℃において１０日間の室温時効を行った際の上降伏強度（Ｎ／ｍｍ2）と、板厚（ｍｍ）の二乗との積が５２．０Ｎ以上である、耐圧強度が高く加工性に優れたエアゾール缶ボトム用鋼板およびその製造方法が開示されている。
また、特許文献２に記載の技術は、固溶強化のために０．００７５〜０．０１３質量％のＮを積極的に添加して耐圧強度を高める技術である。この特許文献２には、質量％で、Ｃ：０．０２５〜０．０６５％、Ｍｎ：０．１０〜０．２８％、Ｐ：０．００５〜０．０３％、Ａｌ：０．０１〜０．０４％、Ｎ：０．００７５〜０．０１３％を含有し、Ｓｉ：０．０５％以下、Ｓ：０．００９％以下に制限し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる化学組成を有し、時効処理後の圧延方向の降伏強度ＹＰが４６０〜５４０ＭＰａの範囲であり、時効処理後の圧延方向の全伸びが１５％以上であり、時効処理後の圧延方向の降伏点伸びＥＬＹＰが６％以下であり、ｍｍ単位での板厚ｔと、ＭＰａ単位での時効処理後の圧延方向の降伏強度ＴＰと、％単位での時効処理後の圧延方向の降伏点伸びＥＬＹＰとが１３０≦ｔ×ＹＰ×（１−ＥＬＹＰ／１００）を満たす、エアゾール缶蓋用鋼板およびその製造方法が開示されている。
また、特許文献３に記載の技術は、特許文献１、特許文献２が比較的高い伸張率で高い強度を得ていたことに対し、特許文献２の技術よりも更に多い０．００７〜０．０２５％のＮを添加し、歪時効硬化を利用して耐圧強度を高める技術である。この特許文献３には、質量％で、Ｃ：０．０２〜０．１０％、Ｓｉ：０．０１〜０．５％、Ｐ：０．００１〜０．１００％、Ｓ：０．００１〜０．０２０％、Ｎ：０．００７〜０．０２５％、Ａｌ：０．０１〜｛−４．２×Ｎ（％）＋０．１１｝％を含有し、Ｍｎｆ＝Ｍｎ−１．７１×Ｓ（ただし、式中Ｍｎ量、Ｓ量は鋼中のＭｎ含有量（質量％）、Ｓ含有量（質量％））とした時、Ｍｎｆ：０．１０％以上０．３０％未満であり、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。そして、この鋼板は、板厚が０．３５（ｍｍ）以下であり、鋼板の下降伏強度（Ｎ／ｍｍ２）と板厚（ｍｍ）との積が１６０（Ｎ／ｍｍ）以下であり、１０％の引張予歪後、２５℃において１０日間の室温時効を行った際の上降伏強度（Ｎ／ｍｍ２）と板厚（ｍｍ）の二乗との積が５２．０（Ｎ）以上である、耐圧強度が高く加工性に優れたエアゾール缶ボトム用鋼板およびその製造方法が開示されている。
しかしながら、これらの特許文献１〜３に記載の技術はいずれもエアゾール缶に用いられる鋼板に関するものである。このエアゾール缶の底蓋やボトムは、高い耐圧強度を達成するために缶内面側に膨らんだドーム形状をしており、特許文献１〜３に記載の技術では、前述した食品缶詰等の缶体の平板形状の缶蓋で発生しやすい缶内外の圧力差による変形については、考慮されていなかった。
このように、食品缶詰等の缶体に用いられる、平面で構成される部分が多い平板形状の缶蓋で発生しやすい缶内外の圧力差による変形を抑制する技術はまだ確立されていなかった。そこで、本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、缶内外の圧力差による変形を抑制することができる缶蓋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、鋼板の機械特性の缶蓋の耐圧特性に及ぼす影響について検討した。その結果、下降伏強度ＹＰ、降伏点伸びＹＰＥｌを適切に制御することで、平面で構成される部分が多い平板形状の缶蓋の場合であっても、良好な耐圧特性を得られることを見いだした。
また、Ｎ含有量を多くし、Ａｌ、Ｍｎ、Ｓを特定の含有量とし、また、製造条件として、スラブ加熱温度、熱間圧延の巻取り温度、調質圧延の伸長率を所定の範囲に調整することで、上記の特定の条件を満たす機械特性が得られることも見いだした。
本発明はかかる知見に基づくものであって、その要旨とするところは以下の通りである。
［１］質量％で、
Ｃ：０．０２０〜０．０６０％、
Ｓｉ：０．０１〜０．０５％、
Ｍｎ：０．２０〜０．６０％
Ｐ：０．００１〜０．１００％、
Ｓ：０．００８〜０．０２０％、
Ｎ：０．０１３０〜０．０１９０％、
Ａｌ：０．００５〜｛−４．２０×Ｎ＋０．１１０｝％（ただし、式中、Ｎは鋼中のＮ含有量（質量％））を含有し、
Ｍｎｆ＝Ｍｎ−１．７×Ｓ（ただし、式中Ｍｎ、Ｓは鋼中のＭｎ含有量（質量％）、Ｓ含有量（質量％））とした時、Ｍｎｆ：０．３０％以上０．５８％以下であり、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
２１０℃×１０分の時効処理の後、下降伏強度ＹＰ（Ｎ／ｍｍ２）および降伏点伸びＹＰＥｌ（％）が、ＹＰ≧３５５、ＹＰＥｌ≧２、かつＹＰＥｌ≧（６０／（ＹＰ−３５５））＋２およびＹＰ≦４．０９×ＹＰＥｌ＋４７６を満たす、缶蓋用鋼板。
［２］前記［１］に記載の缶蓋用鋼板の製造方法であり、
１１５０℃以上の温度に鋼スラブを再加熱し、
巻取り温度を６８０℃以下として再加熱した鋼スラブを熱間圧延し、熱延鋼板を製造し、
該熱延鋼板を冷間圧延し、冷延鋼板を製造し、
該冷延鋼板を再結晶焼鈍し、
伸張率３％以下で調質圧延する、缶蓋用鋼板の製造方法。
Ｃ：０．０２０〜０．０６０％、
Ｓｉ：０．０１〜０．０５％、
Ｍｎ：０．２０〜０．６０％
Ｐ：０．００１〜０．１００％、
Ｓ：０．００８〜０．０２０％、
Ｎ：０．０１３０〜０．０１９０％、
Ａｌ：０．００５〜｛−４．２０×Ｎ＋０．１１０｝％（ただし、式中、Ｎは鋼中のＮ含有量（質量％））を含有し、
Ｍｎｆ＝Ｍｎ−１．７×Ｓ（ただし、式中Ｍｎ、Ｓは鋼中のＭｎ含有量（質量％）、Ｓ含有量（質量％））とした時、Ｍｎｆ：０．３０％以上０．５８％以下であり、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
２１０℃×１０分の時効処理の後、下降伏強度ＹＰ（Ｎ／ｍｍ２）および降伏点伸びＹＰＥｌ（％）が、ＹＰ≧３５５、ＹＰＥｌ≧２、かつＹＰＥｌ≧（６０／（ＹＰ−３５５））＋２およびＹＰ≦４．０９×ＹＰＥｌ＋４７６を満たす、缶蓋用鋼板。
［２］前記［１］に記載の缶蓋用鋼板の製造方法であり、
１１５０℃以上の温度に鋼スラブを再加熱し、
巻取り温度を６８０℃以下として再加熱した鋼スラブを熱間圧延し、熱延鋼板を製造し、
該熱延鋼板を冷間圧延し、冷延鋼板を製造し、
該冷延鋼板を再結晶焼鈍し、
伸張率３％以下で調質圧延する、缶蓋用鋼板の製造方法。
本発明によれば、缶内外の圧力差による変形を抑制することができる缶蓋用鋼板を得ることができる。
本発明の缶蓋用鋼板は、Ｃ：０．０２０〜０．０６０％、Ｓｉ：０．０１〜０．０５％、Ｍｎ：０．２０〜０．６０％、Ｐ：０．００１〜０．１００％、Ｓ：０．００８〜０．０２０％、Ｎ：０．０１３０〜０．０１９０％、Ａｌ：０．００５〜｛−４．２０×Ｎ＋０．１１０｝％（ただし、式中、Ｎは鋼中のＮ含有量（質量％））を含有し、Ｍｎｆ＝Ｍｎ−１．７×Ｓ（ただし、式中Ｍｎ、Ｓは鋼中のＭｎ含有量（質量％）、Ｓ含有量（質量％））とした時、Ｍｎｆ：０．３０％以上０．５８％以下であり、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、２１０℃×１０分の時効処理の後、下降伏強度ＹＰ（Ｎ／ｍｍ２）および降伏点伸びＹＰＥｌ（％）が、ＹＰ≧３５５、ＹＰＥｌ≧２、かつＹＰＥｌ≧（６０／（ＹＰ−３５５））＋２およびＹＰ≦４．０９×ＹＰＥｌ＋４７６を満たす。以下に本発明の缶蓋用鋼板およびその製造方法について詳細に説明する。
まず、本発明の缶蓋用鋼板の成分組成について説明する。成分はすべて質量％である。
Ｃ：０．０２０〜０．０６０％
本発明の鋼板は、熱間圧延、冷間圧延、再結晶焼鈍、調質圧延の各工程を経て製造される鋼板であり、上記の機械特性を備える必要がある。このような特性を満たすために、本発明の鋼板では、固溶強化元素としてＣを含有することが重要であり、Ｃ含有量の下限は０．０２０％とする。Ｃの含有量が０．０２０％未満では、本発明で規定する機械特性が得られない。また、好ましくは、Ｃ含有量は０．０３０％以上である。一方、Ｃの含有量が０．０６０％を超えると、過剰に硬質となることで蓋加工の際に鋼板と加工金型との間の接触面圧が高くなり、鋼板の表面に被覆された有機皮膜が損傷する。よって、Ｃ含有量の上限は、０．０６０％とする。また、好ましくは、Ｃ含有量は０．０５０％以下である。
本発明の鋼板は、熱間圧延、冷間圧延、再結晶焼鈍、調質圧延の各工程を経て製造される鋼板であり、上記の機械特性を備える必要がある。このような特性を満たすために、本発明の鋼板では、固溶強化元素としてＣを含有することが重要であり、Ｃ含有量の下限は０．０２０％とする。Ｃの含有量が０．０２０％未満では、本発明で規定する機械特性が得られない。また、好ましくは、Ｃ含有量は０．０３０％以上である。一方、Ｃの含有量が０．０６０％を超えると、過剰に硬質となることで蓋加工の際に鋼板と加工金型との間の接触面圧が高くなり、鋼板の表面に被覆された有機皮膜が損傷する。よって、Ｃ含有量の上限は、０．０６０％とする。また、好ましくは、Ｃ含有量は０．０５０％以下である。
Ｓｉ：０．０１〜０．０５％
Ｓｉは、固溶強化に有効な作用をもたらす一方、多量に含有すると鋼板の耐食性を劣化させる。Ｓｉは、鋼板の原料である鉄鉱石に多量に含有されるため、精錬段階で除去しつつその含有量を調整する。本発明の場合、Ｓｉの固溶強化に対する寄与よりも耐食性を劣化させる影響を排除することが望ましい。そのため、Ｓｉ含有量は、耐食性の影響が顕在化しない０．０５％以下とする。好ましくは、Ｓｉ含有量は０．０３％以下である。耐食性の観点ではＳｉ含有量は極力低減することが望ましいが、過剰な低減操作は精錬での作業負荷を増加させるため、下限は０．０１％とする。
Ｓｉは、固溶強化に有効な作用をもたらす一方、多量に含有すると鋼板の耐食性を劣化させる。Ｓｉは、鋼板の原料である鉄鉱石に多量に含有されるため、精錬段階で除去しつつその含有量を調整する。本発明の場合、Ｓｉの固溶強化に対する寄与よりも耐食性を劣化させる影響を排除することが望ましい。そのため、Ｓｉ含有量は、耐食性の影響が顕在化しない０．０５％以下とする。好ましくは、Ｓｉ含有量は０．０３％以下である。耐食性の観点ではＳｉ含有量は極力低減することが望ましいが、過剰な低減操作は精錬での作業負荷を増加させるため、下限は０．０１％とする。
Ｍｎ：０．２０〜０．６０％
Ｍｎは、鋼板の強度を調整することに有効な元素であるが、Ｍｎ含有量が０．２０％未満では、その効果を得られない。一方、Ｍｎ含有量が０．６０％を超えると、鋼板の強度が過度に高くなる。よって、Ｍｎ含有量は、０．２０％以上０．６０％以下とする。Ｍｎ含有量について、下限側は０．２５％以上が好ましい。上限側は０．５５％以下が好ましい。
Ｍｎは、鋼板の強度を調整することに有効な元素であるが、Ｍｎ含有量が０．２０％未満では、その効果を得られない。一方、Ｍｎ含有量が０．６０％を超えると、鋼板の強度が過度に高くなる。よって、Ｍｎ含有量は、０．２０％以上０．６０％以下とする。Ｍｎ含有量について、下限側は０．２５％以上が好ましい。上限側は０．５５％以下が好ましい。
Ｐ：０．００１〜０．１００％
Ｐは、固溶強化能が大きい元素であるが、０．１００％を超えて含有させると耐食性を著しく損う。よって、Ｐ含有量の上限は０．１００％とする。好ましくは、Ｐ含有量は０．０２０％以下である。一方、Ｐを０．００１％未満にするには脱リンコストが過大となる。よって、Ｐ含有量の下限は０．００１％とする。
Ｐは、固溶強化能が大きい元素であるが、０．１００％を超えて含有させると耐食性を著しく損う。よって、Ｐ含有量の上限は０．１００％とする。好ましくは、Ｐ含有量は０．０２０％以下である。一方、Ｐを０．００１％未満にするには脱リンコストが過大となる。よって、Ｐ含有量の下限は０．００１％とする。
Ｓ：０．００８〜０．０２０％
Ｓは、鋼中のＭｎと結合してＭｎＳを生成する。Ｓ含有量が０．０２０％を超えると、高温において粒界にＭｎＳが析出し、脆化の原因となる。そのため、Ｓ含有量の上限は０．０２０％とする。一方、Ｓ含有量を０．００８％未満にするには脱硫コストが過大となる。よって、Ｓ含有量の下限は０．００８％とする。
Ｓは、鋼中のＭｎと結合してＭｎＳを生成する。Ｓ含有量が０．０２０％を超えると、高温において粒界にＭｎＳが析出し、脆化の原因となる。そのため、Ｓ含有量の上限は０．０２０％とする。一方、Ｓ含有量を０．００８％未満にするには脱硫コストが過大となる。よって、Ｓ含有量の下限は０．００８％とする。
Ｎ：０．０１３０〜０．０１９０％
Ｎは固溶強化、および後述する降伏点伸びＹＰＥｌの確保に寄与する元素である。これらの効果を発現させるためには、Ｎを０．０１３０％以上含有させる必要がある。一方、Ｎを０．０１９０％を超えて含有させると、歪時効硬化への効果が飽和し有効に作用しないばかりか、熱間延性の劣化を招く。よって、Ｎ含有量の上限は０．０１９０％とする。Ｎ含有量について、下限側は０．０１３５％以上が好ましい。上限側は０．０１７５％以下が好ましい。
Ｎは固溶強化、および後述する降伏点伸びＹＰＥｌの確保に寄与する元素である。これらの効果を発現させるためには、Ｎを０．０１３０％以上含有させる必要がある。一方、Ｎを０．０１９０％を超えて含有させると、歪時効硬化への効果が飽和し有効に作用しないばかりか、熱間延性の劣化を招く。よって、Ｎ含有量の上限は０．０１９０％とする。Ｎ含有量について、下限側は０．０１３５％以上が好ましい。上限側は０．０１７５％以下が好ましい。
Ａｌ：０．００５〜｛−４．２０×Ｎ＋０．１１０｝％（ただし、式中、Ｎは鋼中のＮ含有量（質量％））
Ａｌは、脱酸剤として作用し、鋼板の清浄度を高めるために必要な元素である。また、本発明においては、機械特性を確保するために固溶Ｎを利用する。一方、Ａｌは鋼中のＮと結合してＡｌＮを形成する。以上より、ＡｌＮの過剰な析出を抑制する必要があり、Ａｌ量の上限を規定する必要がある。Ａｌ含有量が｛−４．２０×Ｎの含有量（％）＋０．１１０｝％を超えると、ＡｌＮの析出が過剰になり、固溶Ｎ量が不足するという不具合がある。一方で、Ａｌ含有量が０．００５％未満となるような鋼では、脱酸不足となって鋼板の清浄度が劣化するため、下限は０．００５％とする。なお、本発明におけるＡｌは酸可溶Ａｌである。
Ａｌは、脱酸剤として作用し、鋼板の清浄度を高めるために必要な元素である。また、本発明においては、機械特性を確保するために固溶Ｎを利用する。一方、Ａｌは鋼中のＮと結合してＡｌＮを形成する。以上より、ＡｌＮの過剰な析出を抑制する必要があり、Ａｌ量の上限を規定する必要がある。Ａｌ含有量が｛−４．２０×Ｎの含有量（％）＋０．１１０｝％を超えると、ＡｌＮの析出が過剰になり、固溶Ｎ量が不足するという不具合がある。一方で、Ａｌ含有量が０．００５％未満となるような鋼では、脱酸不足となって鋼板の清浄度が劣化するため、下限は０．００５％とする。なお、本発明におけるＡｌは酸可溶Ａｌである。
Ｍｎｆ＝Ｍｎ−１．７×Ｓ（ただし、式中Ｍｎ、Ｓは鋼中のＭｎ含有量（質量％）、Ｓ含有量（質量％））とした時、Ｍｎｆ：０．３０％以上０．５８％以下
Ｍｎは、固溶強化、結晶粒の細粒化により鋼板の強度を増加させる。しかし、ＭｎはＳと結合してＭｎＳを形成するので、固溶強化に寄与するＭｎ量は、Ｍｎ含有量からＭｎＳを形成しうるＭｎ量を差し引いた量と見なされる。ＭｎとＳの原子量比を考慮すると、固溶強化に寄与するＭｎ量はＭｎｆ＝Ｍｎ−１．７×Ｓと表すことができる。Ｍｎｆが０．５８％超では、結晶粒径を小さくする効果が顕著に生じ、過剰に硬化する。よって、Ｍｎｆは０．５８％以下とする。好ましくは、Ｍｎｆは０．５３％以下である。一方、Ｍｎｆが０．３０％未満になると軟化して必要な耐圧強度が得られなくなる。よって、Ｍｎｆは０．３０％以上とする。好ましくは、Ｍｎｆは０．３３％以上である。
Ｍｎは、固溶強化、結晶粒の細粒化により鋼板の強度を増加させる。しかし、ＭｎはＳと結合してＭｎＳを形成するので、固溶強化に寄与するＭｎ量は、Ｍｎ含有量からＭｎＳを形成しうるＭｎ量を差し引いた量と見なされる。ＭｎとＳの原子量比を考慮すると、固溶強化に寄与するＭｎ量はＭｎｆ＝Ｍｎ−１．７×Ｓと表すことができる。Ｍｎｆが０．５８％超では、結晶粒径を小さくする効果が顕著に生じ、過剰に硬化する。よって、Ｍｎｆは０．５８％以下とする。好ましくは、Ｍｎｆは０．５３％以下である。一方、Ｍｎｆが０．３０％未満になると軟化して必要な耐圧強度が得られなくなる。よって、Ｍｎｆは０．３０％以上とする。好ましくは、Ｍｎｆは０．３３％以上である。
残部はＦｅおよび不可避的不純物とする。
なお、本発明の鋼板はパーライト組織を含まない組織であることが望ましい。パーライト組織とはフェライト相とセメンタイト相が層状に析出した組織である。粗大なパーライト組織が存在すると、変形時に応力集中によるクラックの発生起点となる場合がある。缶蓋が缶胴に巻き締めによって装着される際、このようなクラックの発生起点が存在すると巻き締め部の割れに至る可能性があるため、本発明の鋼板はパーライト組織を含まない組織であることが望ましい。このパーライト組織を含まない組織は、冷間圧延時の圧延率を８０％以上とすること、冷間圧延の後の再結晶焼鈍における焼鈍温度をＡｃ１変態点未満とすることにより得ることができる。
次に、本発明の鋼板が備えるべき機械特性について説明する。本発明者らは、鋼板の機械特性が缶蓋の耐圧特性に及ぼす影響について検討した。その結果、下降伏強度ＹＰ、降伏点伸びＹＰＥｌを適切に制御することで、平面で構成される部分が多い平板形状の蓋であっても、良好な耐圧特性を備えた缶蓋が得られることを見いだした。
具体的には、本発明の鋼板では、２１０℃×１０分の時効処理の後、下降伏強度ＹＰ（Ｎ／ｍｍ２）および降伏点伸びＹＰＥｌ（％）が、ＹＰ≧３５５、ＹＰＥｌ≧２、かつＹＰＥｌ≧６０／（ＹＰ−３５５）＋２およびＹＰ≦４．０９×ＹＰＥｌ＋４７６を満たす。
一般的には、圧力に対する缶蓋の変形を抑制するためには、鋼板自体の剛性向上等により、缶蓋の剛性を高めることが有効である。これに対し、本発明では缶蓋の残留応力に着目した。
図１は、本発明の鋼板が用いられる缶蓋を有する缶体１０の外観を示す図である。図１に示すように、缶体１０は缶胴１と缶蓋２とから主に構成される。また、図２は、（ａ）が缶蓋２の形状を示す平面図であり、（ｂ）が（ａ）中のＡ−Ａ断面図である。本発明の対象とする食品缶詰や飲料缶詰等の缶蓋２は、図２に示すように、外周部近傍にエキスパンドリングを備えている（図２（ｂ）の符号ｘ参照）。このエキスパンドリングに、加工によるスプリングバックを生じさせることで缶蓋２内部に残留応力を発生させることができる。
スプリングバックを大きくするためには、鋼板の下降伏強度ＹＰを高めることが有効である。一方、本発明の対象とする食品缶詰、飲料缶詰の缶蓋２は、図２に示すように、中央部におおむね平坦な領域を有する。この部分で残留応力を発生させるためには、降伏点伸びＹＰＥｌを向上させることが有効である。つまり、降伏点伸びＹＰＥｌを向上させることで缶蓋２の平坦部分に不連続変形を生じさせ、変形部と未変形部とを混在させた状態にすることで缶蓋２内部に残留応力を生じさせることができる。
このような残留応力を生じさせるためには、下降伏強度ＹＰと降伏点伸びＹＰＥｌとを適切に調整する必要がある。図３は、缶蓋の内外の圧力差による変形についての缶蓋用鋼板の下降伏強度ＹＰと降伏点伸びＹＰＥｌの影響を評価した結果を示すグラフである。図３に示す評価では、板厚０．２５１ｍｍ〜０．２７７ｍｍ、呼び径６０３（直径が約６インチと３／１６インチ）の缶蓋を成形し、この缶蓋の内外の圧力差による蓋の変形を耐圧強度試験機を用いて調べた。具体的には、成形した缶蓋を大気圧下で缶胴に巻き締めた後、缶内部に加圧空気を注入することで缶内外圧差を５０ｋＰａとし、その際の缶蓋中央部の高さと巻き締め部頂点の高さの差を測定した。その結果について、その値が４ｍｍ以下のものを合格とし、４ｍｍ超のものを不合格とし、合格を○、不合格を×で示した。
缶蓋内に残留応力を生じさせるためには、下降伏強度ＹＰ、降伏点伸びＹＰＥｌは大きいほど有利と考えられ、ＹＰＥｌ≧６０／（ＹＰ−３５５）＋２となる領域で蓋変形は合格となる。一方で下降伏強度ＹＰが高すぎると、蓋変形は不合格となり、ＹＰ≦４．０９×ＹＰＥｌ＋４７６である必要がある。このメカニズムは現状では明確ではないが、下降伏強度ＹＰが高すぎるとスプリングバックが大きくなることでエキスパンドリングの形状が不均一となり、蓋の形状が不安定になることなどが理由として考えられる。
なお、本発明の引張試験は、ＪＩＳ Ｚ ２２０１「金属材料引張り試験片」に規定された５号試験片を用い、ＪＩＳ Ｚ ２２４１「金属材料引張り試験方法」に準じて行うことができる。
降伏点伸びＹＰＥｌは、ゲージ長５０ｍｍを基準とした際の伸びを採用する。また、引張試験における引張方向は、鋼板の圧延方向とする。一般に、鋼板の下降伏強度ＹＰは圧延方向で最も低く、缶蓋に圧力が作用して変形する際は、下降伏強度ＹＰが最も低い圧延方向から変形が始まり、缶蓋の耐圧挙動を考慮する場合は最も下降伏強度ＹＰが低い方向を考慮することが耐圧強度の下限値を与えるため、鋼板の圧延方向を引張方向とする。
この下降伏強度ＹＰは、成分、製造条件を適正な範囲で制御することにより調整することができるが、特に、Ｍｎ含有量とＳ含有量の制御、調質圧延率の制御が重要である。また、この降伏点伸びＹＰＥｌは、成分、製造条件を適正な範囲で制御することにより調整することができるが、特に、Ａｌ含有量とＮ含有量の制御、スラブ加熱温度、熱間圧延の巻取り温度の制御が重要である。
なお、本発明において、下降伏強度ＹＰ（Ｎ／ｍｍ２）および降伏点伸びＹＰＥｌ（％）の規定は、呼び径６０３の缶蓋に関する実験結果から定めたものであるが、缶蓋の直径が小さいほど缶蓋の圧力に対する変形も小さくなるため、上記の評価指標は直径が呼び径６０３の缶蓋よりも小さい直径の缶蓋にも適用することができる。
次に、本発明の缶蓋用鋼板の製造方法の一例について説明する。
本発明の鋼板は、熱間圧延、冷間圧延、再結晶焼鈍、調質圧延、必要に応じて表面処理の各工程を経て製造される。詳細を以下に説明する。
まず、上述した成分組成を有する鋼スラブは、溶製し、連続鋳造によって得ることができる。連続鋳造では、垂直曲げ型または湾曲型の連続鋳造機によりスラブを作製し、スラブに曲げあるいは曲げ戻し変形が加えられる領域における角部の表面温度を８００℃以下または９００℃以上とすることが好ましい。これにより、スラブ横断面における長辺および短辺の角部での割れを回避することができる。
そして、鋼スラブを１１５０℃以上で再加熱を行う。１１５０℃以上の温度でスラブを再加熱することにより、スラブ冷却の過程で析出したＡｌＮを溶解させることができる。一方、加熱に伴う過度の酸化を防止するため、スラブ加熱温度は１３００℃以下が好ましい。なお、本発明においてスラブ温度はスラブの表面温度とする。
次いで、スラブを熱間圧延する。この際、熱間圧延における仕上げ温度はＡｒ３点以上の温度とすることが望ましい。また、巻取り温度は６８０℃以下とし、好ましくは６８０℃未満、より好ましくは６００℃以下とする。仕上げ圧延後の巻取り温度が６８０℃超では、ＡｌＮが析出し、本発明におけるＮの効果が得られない。なお、鋼板の過剰な硬質化を避けるために、巻取り温度は５４０℃以上であることが望ましい。なお、巻取り温度は鋼板表面温度である。
熱間圧延後、冷却した熱延鋼板（熱延鋼帯）に対し、スケールを除去することが好ましい。スケールの除去方法は各種の方法が適用でき、例えば、酸洗のような化学的な除去や、物理的な除去等、種々の方法が適用できる。酸洗の場合は、硫酸法、塩酸法などの常法にしたがって行うことができる。
次いで、冷間圧延を行う。冷間圧延は８０％以上の圧延率で行うことが好ましい。冷間圧延時の圧延率を８０％以上とすることで、熱間圧延後に生成するパーライト組織を破砕することができる。冷間圧延時の圧延率が８０％未満であるとパーライト組織が残存する可能性がある。一方で、冷間圧延時の圧延率の上限は、過大な圧延率による圧延機の負荷の増大とそれに伴う圧延不良の発生を避けるため、９５％とすることが好ましい。
次いで、冷間圧延の後に再結晶焼鈍を施す。再結晶焼鈍は連続焼鈍が好ましい。箱焼鈍では、固溶ＮがＡｌＮとして析出し、室温歪時効硬化が得られない場合がある。また、焼鈍温度はＡｃ１変態点未満とすることが好ましい。焼鈍温度をＡｃ１変態点以上とすると、焼鈍中にオーステナイト相が生成し、缶蓋の加工時に割れの起点となりうるパーライト組織が形成される場合がある。本発明において、Ａｃ１変態点（℃）は示差熱分析により求めることができる。また、焼鈍温度は鋼板表面温度である。
焼鈍後、鋼板を所定の機械特性、表面粗さにするために調質圧延を行う。調質圧延時の伸張率が高いほど、下降伏強度ＹＰは高くなる一方で、降伏点伸びＹＰＥｌは減少する。本発明で必要な下降伏強度および降伏点伸びバランスを得るため、伸長率は３％以下とする。一方、所定の表面粗さを得るため、伸長率は０．８％以上が望ましい。
以上により、本発明の缶蓋用鋼板が製造される。
上記により製造された鋼板は、表面処理鋼板用の原板として使用される。本発明の効果は表面処理の種類によっては影響を受けないため、表面処理の種類は問わない。代表的な缶用表面処理の例としては、錫めっき（ぶりき）、クロムめっき（ティンフリースチール）などの金属、金属酸化物、金属水酸化物、無機塩等の被覆処理、さらにそれらの処理の上層に有機樹脂皮膜の被覆、例えばラミネート処理などがある。これらの表面処理において、鋼板に対して加熱処理が施される場合があり、鋼板はそれによる時効を受ける。また、鋼板が缶蓋に加工される前に保管される際にも、保管温度および保管期間に応じた時効を受ける。さらに、鋼板に対して塗装を行う場合にも時効を受ける。しかし、これらの原板状態での時効は本発明の効果には影響を及ぼさないことは確認されている。
以下、本発明の実施例について説明する。まず、表１に示す成分組成からなる鋼を溶製し、表２〜４に示すスラブ加熱温度でスラブ加熱し、表２〜４に示す巻取り温度で熱間圧延を行い、冷間圧延した後、再結晶焼鈍し、表２〜４に示す伸張率で調質圧延を行い製造した。
なお、表１において鋼Ｋは欠番である。表２〜４において、番号３４〜３７は欠番である。
なお、表１において鋼Ｋは欠番である。表２〜４において、番号３４〜３７は欠番である。
その後、２１０℃×１０分の人工時効処理を行った。以上により得られた鋼板に対し、ＪＩＳ Ｚ ２２０１「金属材料引張り試験片」に規定された５号試験片を用い、ＪＩＳ Ｚ ２２４１「金属材料引張り試験方法」に準じた引張試験により、下降伏強度（ＹＰ）、降伏点伸び（ＹＰＥｌ）を測定した。それらの結果に対して以下の判定条件１、判定条件２で合否を判定した。ここでは判定条件に合致するものを○、合致しないものを×とした。
更に、得られた鋼板を６０３径蓋に成形したのち、缶胴に巻き締め、缶内部の圧力を５０ｋＰａに加圧し、巻き締め部を基準とした缶蓋中央部の高さを測定した。この測定値が４ｍｍ以下であれば合格（○）と判断し、耐圧特性を評価した。
表２〜４に示すように本発明例、つまり判定条件１、判定条件２が合格するものであれば、耐圧特性も合格であった。このように、本発明例では圧力に対する変形を抑制可能な缶蓋用鋼板を得ることができた。
判定条件１
２１０℃×１０分の人工時効処理の後、下降伏強度ＹＰ（Ｎ／ｍｍ２）および降伏点伸びＹＰＥｌ（％）が、ＹＰ≧３５５、ＹＰＥｌ≧２、かつＹＰＥｌ≧（６０／（ＹＰ−３５５））＋２を満たす。
２１０℃×１０分の人工時効処理の後、下降伏強度ＹＰ（Ｎ／ｍｍ２）および降伏点伸びＹＰＥｌ（％）が、ＹＰ≧３５５、ＹＰＥｌ≧２、かつＹＰＥｌ≧（６０／（ＹＰ−３５５））＋２を満たす。
判定条件２
２１０℃×１０分の人工時効処理の後、下降伏強度ＹＰ（Ｎ／ｍｍ２）および降伏点伸びＹＰＥｌ（％）が、ＹＰ≦４．０９×ＹＰＥｌ＋４７６を満たす。
２１０℃×１０分の人工時効処理の後、下降伏強度ＹＰ（Ｎ／ｍｍ２）および降伏点伸びＹＰＥｌ（％）が、ＹＰ≦４．０９×ＹＰＥｌ＋４７６を満たす。
１ 缶胴
２ 缶蓋
１０ 缶体
２ 缶蓋
１０ 缶体
Claims (2)
- 質量％で、
Ｃ：０．０２０〜０．０６０％、
Ｓｉ：０．０１〜０．０５％、
Ｍｎ：０．２０〜０．６０％、
Ｐ：０．００１〜０．１００％、
Ｓ：０．００８〜０．０２０％、
Ｎ：０．０１３０〜０．０１９０％、
Ａｌ：０．００５〜｛−４．２０×Ｎ＋０．１１０｝％（ただし、式中、Ｎは鋼中のＮ含有量（質量％））を含有し、
Ｍｎｆ＝Ｍｎ−１．７×Ｓ（ただし、式中Ｍｎ、Ｓは鋼中のＭｎ含有量（質量％）、Ｓ含有量（質量％））とした時、Ｍｎｆ：０．３０％以上０．５８％以下であり、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
２１０℃×１０分の時効処理の後、下降伏強度ＹＰ（Ｎ／ｍｍ２）および降伏点伸びＹＰＥｌ（％）が、ＹＰ≧３５５、ＹＰＥｌ≧２、かつＹＰＥｌ≧（６０／（ＹＰ−３５５））＋２、およびＹＰ≦４．０９×ＹＰＥｌ＋４７６を満たす、缶蓋用鋼板。 - 請求項１に記載の缶蓋用鋼板の製造方法であり、
１１５０℃以上の温度に鋼スラブを再加熱し、
巻取り温度を６８０℃以下として再加熱した鋼スラブを熱間圧延し、熱延鋼板を製造し、
該熱延鋼板を冷間圧延し、冷延鋼板を製造し、
該冷延鋼板を再結晶焼鈍し、
伸張率３％以下で調質圧延する、缶蓋用鋼板の製造方法。
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