TWI390052B - 高強度罐用鋼板及其製造方法 - Google Patents

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Description

高強度罐用鋼板及其製造方法
本發明係關於適合作為在熔接等之三片加工和DI等之二片加工後進行直徑形狀之縮小和放大加工之罐用素材的高強度罐用鋼板及其製造方法。
近年來，以減低費用為目的，又，以削減利用資材和減輕環境負荷為目的，已進行用以減薄素材鋼材(鋼板)之製品板厚的製品開發。
又，因為製品板厚減薄則剛性降低，故為了彌補此剛性的降低，亦必須圖謀鋼材的高強度化。但是，於圖謀鋼材之高強度化時，因為硬質化，以凸緣加工和頸縮加工時有發生裂痕的問題。
對於上述，現在，已提案有各種製造方法。
例如，於專利文獻1中，提案有將鋼中成分管理於一定範圍上，於(Ar3變態點-30℃)以上施行熱軋，且於冷軋後，進行連續退火的方法。
但是，專利文獻1之方法中，因為令P為0.02wt%以下，使凸緣加工性、頸縮加工性及耐蝕性不會惡化，更且令二次冷軋的軋縮率為15~30%，因此難以有效率處理薄製品，並有容易發生外觀不良的問題。又，難以安定製造，必須改善。
又，於專利文獻2中，提案有將鋼中成分及固熔N管理於一定範圍上，於(Ar3變態點-30℃)以上施行熱軋，進行既定之冷卻、捲取、水冷，進行冷軋後，進行既定之加熱圖案的連續退火，製造具有塗敷燒結處理後之屈服應力：550MPa以上之罐用鋼板的方法。
但是，專利文獻2之方法中，為半極低碳材，且為了確保既定的固熔N而提高連續退火的溫度，更且難以嚴格管理加熱圖案，具有難以生產的問題。又，僅單單確保鋼中N之80%以上的固熔N，由於鋼中N含量的偏差，故難以安定製造既定強度的鋼板，必須加以改善。又，專利文獻2之方法中係全部伸度變小，加工性惡化。
更且，作為高強度之罐用鋼板的代表性製造方法，已提案有下述方法。根據退火種類適當選擇使用(例如，非專利文獻1)。
熱軋→酸洗→冷軋→箱型退火(BAF)→第2回冷軋(軋縮率：20~50%)
熱軋→酸洗→冷軋→連續退火(CAL)→第2回冷軋(軋縮率：20~50%)
但是，上述之方法中，第2回之冷軋的軋縮率高達20~50%，因軋製荷重高，使得操作能率變低。又，在提高軋製時之潤滑性的目的下，使用高黏度的各種軋製油，故具有因軋製油之濃度不勻和部分油附著所造成之軋製後之外觀不良的問題。更且，在軋製軋縮率高之情況，全部伸度變小，加工性惡化，又，因為鋼板經軋製而被延伸，故根據素材之製造方向和加工方向之寬度方向與長度方向的耐力差變大。
對於此情況，考慮壓低第2回冷軋之軋縮率的方法。但是，於減低軋縮率的情況，難以取得必要的耐力。
專利文獻1：日本專利第3108615號公報
專利文獻2：日本專利特開2001-107187號公報
非專利文獻1：「我國之罐用表面處理鋼板之技術史」日本鐵鋼協會平成10年10月30日發行p.188
如此，於欲取得製品板厚薄之罐用鋼板的情況，在目前狀況為未有令強度與生產性兩相成立的製造方法，期望此種製造方法。
本發明為鑑於此類情事而完成，以提供塗敷‧燒結處理後之屈服應力YP為具有500MPa以上之強度之罐用鋼板及其製造方法為其目的。
本發明為如下述。
[1]一種高強度罐用鋼板，其特徵為，以質量%計含有C：超過0.02%且為0.10%以下、Si：0.10%以下、Mn：1.5%以下、P：0.20%以下、S：0.20%以下、Al：0.10%以下、N：0.0120~0.0250%，且該N中含有0.0100%以上固熔N，殘餘部分為Fe及不可避免的雜質所構成。
[2]如[1]中記載之高強度罐用鋼板，其中表面具有鍍敷層。
[3]一種高強度罐用鋼板之製造方法，其特徵為，將以質量%計含有C：超過0.02%且為0.10%以下、Si：0.10%以下、Mn：1.5%以下、P：0.20%以下、S：0.20%以下、Al：0.10%以下、N：0.0120~0.0250%，殘餘部分為Fe及不可避免的雜質所構成之鋼胚，實施胚萃取溫度設為1200℃以上、精軋溫度設為(Ar3變態點溫度-30)℃以上之熱軋，並以650℃以下捲取，施行酸洗後，施行冷軋，其次，施行連續退火。
[4]如[3]中記載之高強度罐用鋼板之製造方法，其中，於上述連續退火後，施行將軋縮率設為10%以上未滿20%之第2回冷軋。
[5]如[3]或[4]中記載之高強度罐用鋼板之製造方法，其中，上述連續退火之均熱溫度設為Ar1變態點溫度以上。
[6]如[3]~[5]中任一項記載之高強度罐用鋼板之製造方法，其中，於上述連續退火或上述第2回冷軋後，施行鍍敷處理。
另外，於本說明書中，表示鋼成分的%，全部為質量%。又，於本發明中，所謂「高強度罐用鋼板」，係指塗敷‧燒結處理後具有屈服應力YP為500MPa以上之強度的罐用鋼板。
又，本發明之高強度罐用鋼板係以罐用素材作為對象。更且，不論有無表面處理，施行鍍錫、鍍鎳錫、鍍鉻(所謂無錫鍍敷)、或者進一步被覆有機物等，可於極廣範圍之用途中應用。
更且，關於鋼板的厚度並無特別限定，由可最大限度活用本發明效果之方面而言，板厚0.3mm以下、更且以0.2mm以下為佳。特佳者為0.170mm以下。
本發明者等人為了解決上述課題而進行致力研究。其結果，得到以下之發現。
發現成分組成中，作成低碳材，且將固熔N量之絕對量確保於一定以上，且於製罐加工前施行之印刷步驟或薄膜層合步驟、乾燥‧燒結步驟等，以淬火時效及應變時效進行硬化，則可確保高強度之材質。
如上述，本發明係管理根據上述發現的成分，而達到完成高強度罐用鋼板。
以下，詳細說明本發明。
本發明之高強度罐用鋼板，係於塗敷‧燒結處理後具有屈服應力YP為500MPa以上之強度的罐用鋼板。
其次，本發明中，係作成低碳材，將固熔N量之絕對量確保一定以上，更且，經由塗敷燒結處理後之時效硬化，未進行二次冷軋、或者進行低軋縮率之二次冷軋，則可提高生產性且提高罐用鋼板之生產性並且變成可高強度化。未進行二次冷軋、即在連續退火後施行1%左右之調質軋製所得的冷軋鋼板，係於塗敷‧燒結處理後具有全部伸度E1為20%以上。
說明關於本發明之容器用鋼板之成分組成。
C：超過0.02%且為0.10%以下
C為經由固熔強化令鋼強度增加的有效元素，另一方面，形成碳化物，且令鋼板的延性、進而令加工性降低。C成分若較多，則令二次冷軋後的鋼板硬質化，且製罐性和頸縮加工性惡化。又，成為因熔接部的顯著硬質化，使得凸緣加工時產生HAZ裂開的元素。C若超過0.10%，則此等影響變得顯著，故將C定為0.10%以下。另一方面，若C成分極端變低，則有若不將二次冷軋的軋縮率設為20%以上的強壓下，則無法確保強度的問題，故將C定為超過0.02%。C以0.03%以上、0.05%以下為佳。
Si：0.10%以下
S為經由固熔強化令鋼強度增加的元素，但大量添加則發生表面處理性惡化、耐蝕性惡化等問題，故將Si限定於0.10%以下。另外，尤其在要求優良耐蝕性的情況，Si定為0.02%以下為佳。
Mn：1.5%以下
Mn為有效防止因S造成之熱裂開的元素。因此，根據S量予以適當添加，則可取得防止裂開的效果。於發揮此等效果上，Mn以添加0.20%以上為佳。又，亦具有令結晶粒微細化的作用。另一方面，若大量添加，則顯示出耐蝕性惡化的傾向，同時令鋼板硬質化至所需以上，且凸緣加工性、頸縮加工性惡化，故上限定為1.5%。Mn以0.20%以上、0.30%以下為佳。
P：0.20%以下
P雖令鋼顯著硬質化，但令凸緣加工性和頸縮加工性惡化，同時令耐蝕性顯著惡化。因此，本發明中，將P限定為0.20%以下。P以0.001%以上、0.018%以下為佳。
S：0.20%以下
S於鋼中依中介物型式存在，係令鋼板的延性減少且令耐蝕性惡化的元素。因此，定為0.20%以下。S以0.001%以上、0.018%以下為佳。
Al：0.10%以下
Al係與固熔N結合，形成AlN，具有減低固熔N量的效果。又，Al含量的增加造成再結晶溫度的上升，且退火溫度必須為高溫。高溫退火時，因為形成AlN，故固熔N量減低，時效硬化量減低，因此造成鋼板強度降低。低碳材之情況下，於Al含量為超過0.10%之時此類現象變得顯著。由此，將Al限定為0.10%以下。另外，就鋼熔製步驟中安定操作的觀點而言，期望Al為0.020%以上。Al以0.020%以上、0.060%以下為佳。
N：0.0120~0.0250%
N為增加時效硬化性的元素，於本發明中，令其積極地含有。時效硬化性的顯著增加，係於低碳材之情況下以含有0.0120%以上時可觀察見。另一方面，若含有超過0.0250%，則於軋製素材(胚)發生裂開缺陷的危險性顯著增大。因此，將N限定為0.0120%以上0.0250%以下。
罐用鋼板(冷軋鋼板)之固熔N：0.0100%以上
為了確保本發明特徵之較大的時效硬化性，必須令罐用鋼板(冷軋鋼板)中的固熔N量為0.0100%以上。其在本發明中係最重要的要件。
本發明之冷軋鋼板，較佳係在將熱軋板酸洗後，予以冷軋，進行連續退火，視需要進行第2回冷軋即可製造，但在此連續退火步驟中有析出AlN的傾向，故管理令罐用鋼板(冷軋鋼板)中之固熔N量未滿0.0100%的步驟實為重要。另外，本發明中，根據通常實施之溴酯之熔解處理後的萃取分析，求出變成AlN的N量(以下，稱為N as AlN)，將由全N量減去N as AlN之值定為固熔N量。
又，上述固熔N量與固熔C量合計以0.0150%以上為佳。固熔C量可根據內耗之測定，或者將鋼板所萃取之析出物中的C量由全C量減去而求出。
殘餘部分為Fe及不可避免雜質。
上述成分以外之殘餘部分為Fe及不可避免雜質。另外，作為不可避免雜質，例如可容許Sn：0.01%以下。
其次，說明本發明之高強度罐用鋼板的製造方法。
本發明之高強度罐用鋼板係由下述方法所獲得。首先，將上述組成所構成的熔鋼使用轉爐等通常公知的熔製方法予以熔製，並以連續鑄造法等之通常公知的鑄造方法作成軋製素材(胚)。其次，使用此等軋製素材，以熱軋作成熱軋板。此時，胚萃取溫度設為1200℃以上，精軋溫度設為(Ar3變態點溫度-30)℃以上(適當為Ar3變態點溫度以上)。其次，於650℃以下捲取，施行酸洗後，施行冷軋，並施行連續退火。更且視需要，施行軋縮率10%以上、未滿20%之第2回冷軋。又，亦可施行鍍敷處理。
以下，詳細說明。
胚萃取溫度：1200℃以上
罐用鋼板之固熔N量設為0.0100%以上，於加熱爐中插入胚並加熱，由加熱爐萃取的溫度設為1200℃以上。此係為了促進AlN的分解，並且確保既定量的固熔N量。較佳係插入於保持在此溫度的加熱爐中並加熱。
精軋溫度：(Ar3變態點-30℃)以上
本發明中，為了有效抑制AlN的析出，進一步不產生異向性與加工性的惡化，乃將熱軋中的精軋溫度定為(Ar3變態點-30℃)以上。精軋溫度未滿(Ar3變態點-30℃)，則AlN顯著析出，固熔N減低，產生異向性與加工性的惡化。另外，較佳為Ar3變態點以上。
另外，精軋後，以水冷進行強制冷卻為佳。如此，可抑制AlN的析出。
捲取溫度：650℃以下
捲取溫度係為了抑制Al造成N之固定，而定為650℃以下，捲取溫度若超過650℃，則AlN析出量顯著增加且固熔N減少，結果無法取得目標之時效硬化性。另外，為了穩定取得高時效硬化性，更佳係將捲取溫度定為600℃以下。另外，本發明中，較佳係於捲取後以卷圈之狀態予以空氣冷卻或水冷為佳。水冷之情形，生產性雖可提高，但就鋼板之板寬方向及長度方向之材質均勻性而言，以空氣冷卻為佳。
酸洗、冷軋
對於如上處理製造的熱軋板，施行酸洗、冷軋，作成冷軋板。酸洗為根據常法，以鹽酸、硫酸等酸除去表面銹皮即可。冷軋軋縮率亦根據常法，板厚愈薄則愈高。
連續退火之均熱溫度：600℃以上(較佳條件)
連續退火步驟中，以依600℃以上之溫度範圍予以均熱為佳。均熱溫度若為600℃以上，則再結晶快速進行，經冷軋所導入的加工應變無法殘留，延性高，適於壓製加工。更且，若以Ar1變態點以上進行均熱，則可更加提高強度故為佳。若以Ar1變態點以上進行均熱，則部分變成波來鐵組織，推察有助於強度。
又，若為此溫度範圍內，則不需特別保持於一定溫度。由作業之安定性而言，若為相當於10s以上之均熱時間則為充分。
連續退火後，較佳係施行1%左右的調質軋製，進行表面粗度與硬度的調整。
經過上述步驟所得的冷軋鋼板，於塗敷‧燒結處理後之全部伸度E1為20%以上，成為加工性極優的罐用鋼板。
連續退火後，亦可進一步施行軋縮率：10%以上、未滿20%之第2回冷軋。此第2回冷軋係以進一步高強度化為主要目的。經由作成10%以上，可達成進一步高強度化，經由未滿20%，則可確保延伸度且不會令加工性惡化並且取得上述高強度化的效果。施行軋縮率：10%以上、未滿20%之第2回冷軋的冷軋鋼板，係於塗敷‧燒結處理後之全部伸度E1為8%以上~15%以下，具有優良之加工性且為極高強度的罐用鋼板。軋縮率以10%以上、未滿15%為佳，取得塗敷‧燒結處理後之全部伸度E1為10%以上的冷軋鋼板。
經過上述步驟取得冷軋鋼板。其次，經由製罐加工前(壓製加工前)的塗敷‧燒結處理成為硬質材，應用於板厚為0.3mm以下之極薄鋼板時，可更加有效發揮其優異性。又，根據上述步驟所製造的冷軋鋼板，係具有固熔N量為0.0100%以上，成為具有塗敷‧燒結處理後之屈服應力YP：500MPa以上的高強度罐用鋼板。更且，本發明之罐用鋼板可取得較大延伸度，故加工性優良。
本發明之罐用鋼板為經由固熔N取得較大的時效硬化性。因此，具有塗敷‧燒結處理後之屈服應力YP：500MPa以上且使鋼板的薄化優異進展。又，本發明之冷軋鋼板係經由有效利用固熔N的作用，使鍍敷後之迴流處理後的強度亦增加，又，於壓製成形後之塗敷燒結步驟時亦引起顯著的時效硬化現象，亦可造成罐體強度大幅地增加。
本發明中，係於上述所得之冷軋鋼板表面(至少單面)形成鍍敷層，可作成鍍敷鋼板。表面所形成的鍍敷層可應用罐用鋼板所使用的任何物質。作為鍍敷層，可例示鍍錫、鍍鉻、鍍鎳、鍍鎳鉻。又，此等鍍敷處理後，亦可塗敷、貼上有機樹脂薄膜等無妨。
[實施例1]
將表1所示成分所構成之鋼以轉爐熔製，並以連續鑄造法作為胚。其次，將此等胚，以表2所示之條件熱軋，作成板厚：2.0mm的熱軋板。其次，對於上述所得之熱軋板以酸洗施行脫銹處理，再施行冷軋，並以表2所示之條件進行連續退火且一部分進行二次軋製，作成最終精軋板厚：0.17mm的冷軋鋼板。
對於如此處理所得之冷軋鋼板，測定固熔N量以及於燒結硬化試驗前後實施拉伸試驗。
(i)固熔N量之分析
根據化學分析，分析冷軋鋼板中的N量，又，根據溴酯之熔解處理後的萃取分析，以AlN型式求出存在的N量。冷軋鋼板中的固熔N量為使用
{(冷軋鋼板中之N量)-(以AlN型式存在之N量)}之值。
(ii)拉伸試驗
自此等冷軋鋼板之寬度方向的中央部朝向軋製方向，採取JIS 13號-B拉伸試驗片，並以應變速度交叉頭速度：10mm/s實施拉伸試驗，測定屈服應力YP與全部伸度E1。另外，拉伸試驗為於製品化後1日以內實施。將拉伸試驗片作成JIS 13號-B試驗片，係為了極力減低標點外之斷裂之現象。
(iii)燒結硬化性試驗
自此等冷軋鋼板之寬度方向的中央部朝向軋製方向，採取JIS 13號-B拉伸試驗片，加以2%之拉伸預應變後暫時移除負重，施行210℃×20分鐘之相當於塗敷燒結處理的熱處理。於此試驗前後，進行(ii)所示之拉伸試驗。
其結果示於表3。
由表3，本發明例之No.1、4、5及6於塗敷‧燒結處理後具有充分的屈服應力YP及全部伸度E1，例如，可充分達成3片加工所必要的強度和加工性。
另一方面，比較例之No.2及3分別為屈服應力YP和全部伸度E1不足，不具有3片加工所必要的強度和加工性，故無法施行既定的加工。
如上述若根據本發明，則可取得於塗敷‧燒結處理後具有屈服應力YP為500MPa以上強度的高強度罐用鋼板。
更且，本發明中，係作成低碳材，且經由(1)含有特定之N量作為成分，
(2)胚萃取溫度設為1200℃以上，使在胚鑄造時所生成的AlN分解，
(3)將熱軋盤以650℃以下進行捲取以抑制AlN的析出，使冷軋鋼板之固熔N量的絕對量確保於一定以上，更且，經由塗敷燒結處理後之時效硬化，未進行二次冷軋、或者進行低軋縮率之二次冷軋，則可提高生產性且可令罐用鋼板高強度化。
(產業上之可利用性)
本發明之罐用鋼板為經由成形後的塗敷燒結處理，令屈服應力大為上升，且伴隨著罐體強度大幅上升，故極有助於鋼板的薄化。

Claims (7)

  1. 一種高強度罐用鋼板，其特徵為，以質量%計含有C：超過0.02%且為0.10%以下、Si：0.10%以下、Mn：1.5%以下、P：0.20%以下、S：0.20%以下、Al：0.10%以下、N：0.0120~0.0250%，且該N中含有0.0100%以上固熔N，殘餘部分為由Fe及不可避免的雜質所構成。
  2. 如申請專利範圍第1項之高強度罐用鋼板，其中，表面具有鍍敷層。
  3. 一種高強度罐用鋼板之製造方法，其特徵為，將以質量%計含有C：超過0.02%且為0.10%以下、Si：0.10%以下、Mn：1.5%以下、P：0.20%以下、S：0.20%以下、Al：0.10%以下、N：0.0120~0.0250%，殘餘部分為由Fe及不可避免的雜質所構成之鋼胚，實施胚萃取溫度設為1200℃以上、精軋溫度設為(Ar3變態點溫度-30)℃以上之熱軋，並以650℃以下進行捲取，施行酸洗後，進行冷軋，其次施行連續退火。
  4. 如申請專利範圍第3項之高強度罐用鋼板之製造方法，其中，於上述連續退火後，施行軋縮率10%以上、未滿20%之第2回冷軋。
  5. 如申請專利範圍第3項之高強度罐用鋼板之製造方法，其中，上述連續退火之均熱溫度設為Ar1變態點溫度以上。
  6. 如申請專利範圍第4項之高強度罐用鋼板之製造方法，其中，上述連續退火之均熱溫度設為Ar1變態點溫度以上。
  7. 如申請專利範圍第3至6項中任一項之高強度罐用鋼板之製造方法，其中，於上述連續退火或上述第2回冷軋後，施行鍍敷處理。
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