TWI440725B

TWI440725B - 製罐用鋼板之製造方法

Info

Publication number: TWI440725B
Application number: TW98110593A
Authority: TW
Inventors: Katsumi Kojima; Takumi Tanaka; Masaki Tada; Makoto Aratani; Hiroki Iwasa
Original assignee: Jfe Steel Corp
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2014-06-11
Also published as: TW200948984A; EP2275581A1; CN101983246B; JP2009242857A; CN101983246A; KR101235415B1; KR20100122941A; JP5262242B2; EP2275581A4; WO2009123294A1

Description

製罐用鋼板之製造方法

本發明係關於一種板厚精度優異之製罐用鋼板之製造方法，尤其係關於一種適合於將罐高擠壓加工成與罐體直徑相同程度之用途、或者彎曲成圓筒狀或角筒狀並接合端部彼此而形成罐體後進行凸緣加工之用途之製罐用鋼板之製造方法。

飲料罐、食品罐、18公升罐、桶罐(pail can)等之罐可根據其製造方法(步驟)而大致分成兩片罐(two-piece can)與三片罐(three-piece can)。

兩片罐係指對實施有鍍錫、鍍鉻、金屬氧化物包覆處理、化學合成處理、無機皮膜包覆處理、有機樹脂皮膜包覆處理、塗油等之處理的表面處理鋼板，實施淺擠壓加工、DWI(draw and wall iron，變薄拉伸)加工、DRD(draw-redraw，深拉伸)加工等之加工而使罐底與罐體成形為一體，並對其安裝蓋子之由兩個零件構成之罐。

三片罐係指將表面處理鋼板彎曲成圓筒狀或角筒狀並接合端部彼此而形成罐體後，對其安裝頂蓋與底蓋之由三個零件構成之罐。

該等罐中，素材成本於罐成本中所占之比例較高。因此，於降低罐成本時對降低鋼板成本之要求強烈。此處，毋庸置言，於製造鋼板時，處理步驟越多則成本越高。其中尤其是使鋼板於高溫下再結晶之退火步驟，由於因加熱而消耗大量能量成本，故為提高製造成本之步驟。因此，業界考慮藉由省略該步驟來試圖降低成本之方法。然而，於冷軋後不進行再結晶之鋼板因加工硬化而處於強度過高之狀態，故不適於製罐加工。因此，先前一直在探討藉由適當地控制鋼成分、熱軋條件來獲得具備適度強度之鋼板的方法。

例如，於專利文獻1中揭示有一種罐用鋼板之製造方法，其特徵在於，於極低碳鋼中添加作為碳氮化物形成元素之Nb，於Ar₃ 點以下之所謂α區域進行熱軋，且經冷軋後不進行退火。然而，由專利文獻1之技術所獲得之鋼板由於一直處於冷軋之狀態，因此延展性欠佳，在有的用途中並不具備充分之加工性。

作為改善上述方面之技術，於專利文獻2中揭示有如下技術：於極低碳鋼中添加作為碳氮化物形成元素之Nb、Ti，於Ar₃ 點以下進行熱軋，且經冷軋後進行低溫退火，藉此來改善延展性。此處所謂之低溫退火，係指於不產生再結晶之溫度下進行之處理，因此用以加熱之能量成本得到降低。

另外，於專利文獻3中揭示有如下技術：於極低碳鋼中添加屬於碳氮化物形成元素之Nb、Ti、Zr、V、B，於Ar₃ 點以下進行熱軋，且經冷軋後，以再結晶溫度以下之溫度進行退火。

專利文獻1：日本專利特開平4-280926號公報

專利文獻2：日本專利特開平8-41549號公報

專利文獻3：日本專利特開平6-248339號公報

專利文獻1至3之背景技術中所共通之特徵，係使用極低碳鋼作為鋼，更進一步添加碳氮化物形成元素，且於Ar3點以下之溫度下進行熱軋。然而，於該條件下所製造之鋼板存在鋼板卷材長度方向上之板厚均勻性欠佳之問題。另外，於專利文獻2與專利文獻3中所進行之冷軋後之退火，根據實施例係於超過400℃之溫度下進行，雖然與先前之再結晶退火相比係於較低之溫度下進行，但仍然為高溫下之處理，對於充分地降低加熱所需之能量成本方面並不充分。

本發明係鑒於上述情況研究而成者，目的在於提供一種製罐用鋼板之製造方法，該製造方法係於藉由省略再結晶退火步驟而試圖降低鋼板製造成本時，避免因冷軋中之加工硬化所引起之過剩之高強度化，抑制鋼板卷材之長度方向上之板厚變動，並且最大限度地發揮因省略再結晶退火步驟所帶來之成本降低效果。

本發明之主旨如以下所述。

[1]一種製罐用鋼板之製造方法，其特徵在於：藉由連續鑄造而將鋼製成鋼坯，並於Ar₃ 變態點以下之精加工溫度下進行熱軋，且經捲繞、酸洗後，以50~96%之軋縮率進行冷軋，上述鋼係鋼成分以質量%計，包含C：0.005%以下、Mn：0.05~0.5%、Al：0.01~0.12%、N：0.0010~0.0070%、B：0.15× N~0.75×N(以原子比計，為0.20×N~0.97×N)，且更進一步包含Nb：4×C~20×C(以原子比計，為0.52×C~2.58×C)、Ti：2×C~10×C(以原子比計，為0.50×C~2.51×C)中之一種或兩種，且剩餘部分由Fe及不可避免的雜質元素構成之鋼。

[2]如上述[1]之製罐用鋼板之製造方法，其中，於640~750℃之溫度下進行上述捲繞。

[3]如上述[1]或[2]之製罐用鋼板之製造方法，其中，於上述冷軋後，於150~400℃之溫度下進行熱處理。

再者，於本發明中，表示鋼之成分之%均為質量%。

根據本發明，藉由省略再結晶退火步驟而可實現鋼板製造成本之降低。並且，可獲得已抑制鋼板卷材之長度方向上之板厚變動之鋼板。

如上所述，省略再結晶退火而可獲得已抑制鋼板卷材之長度方向上之板厚變動之鋼板，藉此可製造成本較先前更低之鋼板，亦可有助於降低罐體本身之成本。

以下，對本發明進行詳細說明。

本發明者等人藉由對將添加有碳氮化物形成元素之極低碳鋼於Ar₃ 點以下之溫度下進行熱軋，且更進一步進行冷軋時之鋼板卷材長度方向上之板厚變動進行探討，而完成本發明。以下，對本發明進行詳細說明。

首先，對鋼成分之限定理由分別加以說明。

C：0.005%以下

本發明係藉由省略再結晶退火步驟而試圖降低成本之製罐用鋼板之製造方法。但是，於冷軋後不進行再結晶之鋼板因加工硬化而處於強度過高之狀態，而且延展性亦欠佳，因此不適於製罐加工。因此，必需預先使用低強度之鋼作為鋼本身。因此，必需使用已減少高固溶強化能之碳之極低碳鋼作為鋼成分。若C超過0.005%，則鋼於冷軋後會變為強度過高且延展性亦欠佳之狀態，從而不適於製罐加工。因此，C之含量設為0.005%以下，較佳為0.003%以下。再者，就預先使用低強度之鋼作為鋼本身而言，C之含量越低越好，但為了降低C之含量而進行去碳操作需要時間，從而會導致製造成本之上升。因此，C含量之下限較佳為0.0005%以上，更佳為0.0015%以上。

Mn：0.05～0.5%

若Mn含量未滿0.05%，則即便降低S含量亦難以避免所謂的熱脆性(hot shortness)，從而有時會產生表面破裂等之問題。另一方面，若超過0.50%，則變態點過於降低，於進行變態點以下之熱軋時難以獲得理想之組織。因此，Mn含量設為0.05%以上且0.50%以下。再者，於特別注重加工性之情況時，較佳為設為0.20%以下。

S：0.008%以下(較佳條件)

S並不會對本發明之鋼板特性造成特別之影響。然而，若S含量超過0.008%，則於添加含量超過0.0044%之N時，會使大量產生之MnS成為析出核而使作為氮化物及碳氮化物之BN、Nb(C、N)、AlN析出，使熱延性(hot ductility)下降。因此，理想的是S含量設為0.008%以下。

Al：0.01～0.12%

若Al含量未滿0.01%，則無法充分地獲得去氧效果。另外，亦無法充分地獲得藉由形成N與AlN來減少鋼中之固溶N之效果。另一方面，若超過0.12%，則不僅該等效果達到飽和，而且易於產生氧化鋁等中間物(intermediate)。因此，A1量設為0.01%以上且0.12%以下。

N：0.0010～0.0070%

若使N未滿0.0010%，則鋼板之製造成本上升，亦難以實現穩定的製造。另外，於本發明中，如後文所述B與N之比非常重要，若N含量少，則難以進行用以將B與N之比保持於固定範圍內之B含量之控制。另一方面，若N超過0.0070%，則鋼之熱延性劣化。其原因在於，若N含量大於0.0070%，則因BN、Nb(N、C)、AlN等氮化物及碳氮化物析出而會引起脆化，尤其係於連續鑄造時產生鋼坯破裂之危險性會增加。若產生鋼坯破裂，則對於鋼坯破裂之部分，需要進行角部之切割或利用研磨機之研磨作業之步驟，由於要花費大量勞力與成本，因此會極大地阻礙生產率。因此，N含量設為0.0010%以上且0.0070%以下。較佳為0.0044%以下。

B：0.15×N～0.75×N

B係本發明中對鋼板之特性具有重大影響力之重要元素。

本發明係藉由省略再結晶退火步驟而試圖降低成本之製罐用鋼板之製造方法，因此(1)使用極低碳鋼作為鋼，(2)添加碳氮化物形成元素，(3)於Ar₃ 點以下之溫度下進行熱軋。然而，於該條件下製造之鋼板存在鋼板卷材長度方向上之板厚均勻性欠佳之問題。因此，本發明對該現象進行了詳細研究，結果獲得以下見解：藉由在鋼中適量添加B，可良好地保持鋼板卷材長度方向上之板厚均勻性。該見解可認為係基於以下之機制者。首先，鋼板卷材長度方向上之板厚之不均勻性係於熱軋鋼板之階段產生。可認為其原因在於，由於添加有碳氮化物形成元素之極低碳鋼於Ar₃ 點自沃斯田體(austenite)變態成為鐵氧體(ferrite)時變形阻力會間斷地發生變化，因此當熱軋支架間產生變態時，會產生熱軋支架間張力、熱軋負重之變動，結果導致板厚之變動。可認為藉由添加B，可抑制此種變形阻力之間斷的變化，從而使板厚均勻性得到改善。即，本發明中之重點在於適當地規定B之添加量來抑制變形阻力之間斷的變化。研究之結果得知，B之添加量必需以與形成BN之N之添加量保持適當之關係來添加，為了獲得該效果，必需添加以質量比計0.15×N以上之B。另一方面，若以質量%計添加0.75×N以上之B，則不僅上述之效果達到飽和，而且會導致成本之上升。因此，B之添加量設為0.15×N~0.75×N(以原子比計，為0.20×N~0.97×N)。

Nb：4×C~20×C(以原子比計，為0.52×C~2.58×C)、Ti：2×C~10×C(以原子比計，為0.50×C~2.51×C)中之一種或兩種Nb係碳氮化物形成元素，具有將鋼中之C、N作為析出物而進行固定以使鋼之強度下降之效果。為了充分地發揮該效果，必需達到以質量比計4×C以上之添加量。另一方面，若Nb之添加量過多，則不僅使固溶C減少之作用達到飽和，而且由於Nb價格昂貴，故生產成本亦上升。因此，必需將Nb之添加量抑制至20×C以下。因此，Nb之添加量設為以質量比計4×C~20×C(以原子比計，為0.52×C~2.58×C)之範圍。

Ti係碳氮化物形成元素，具有將鋼中之C、N作為析出物而進行固定以使鋼之強度下降之效果。為了充分地發揮該效果，必需達到以質量比計為2×C以上之添加量。另一方面，若Ti之添加量過多，則不僅使固溶C減少之作用達到飽和，而且由於Ti價格昂貴，故生產成本亦上升。因此，必需將Ti之添加量抑制至10×C以下。因此，Ti之添加量設為以質量比計2×C~10×C(以原子比計，為0.50×C~2.51×C)之範圍。

再者，上述以外之剩餘部分由Fe及不可避免的雜質構成。作為不可避免的雜質，可於不損害本發明之作用效果之範圍內例如含有以下之元素。

Si：0.020%以下

若Si含量超過0.020%，則鋼板之表面性狀會劣化，不僅作為表面處理鋼板不理想，而且鋼會發生硬化而難以進行熱軋步驟。因此，Si含量較佳為0.020%以下。

P：0.020%以下

藉由P含量之減少，可獲得加工性之改善與耐蝕性之改善效果，但過度減少則會引起製造成本之增加，因此就兼顧兩者而言，P含量較佳為0.020%以下。

除上述成分以外，亦可含有Cr、Cu等不可避免的雜質，但該等成分並不會對本發明之鋼板特性造成特別之影響，因此可於不影響其他特性之範圍內適宜含有。另外，於不會對鋼板之特性造成不良影響之範圍內，亦可添加上述以外之元素。

其次，就製造條件之限定理由加以說明。

本發明之製罐用鋼板可藉由如下方法而獲得：利用連續鑄造將調整成上述化學成分範圍之鋼製成鋼坯，於Ar₃ 變態點以下之精加工溫度下進行熱軋，且於捲繞、酸洗後以50～96%之軋縮率進行冷軋。較佳為於640～750℃之捲繞溫度下進行上述捲繞。更佳為於上述冷軋後，於150～400℃之溫度下進行熱處理。以下，對該等進行詳細說明。

熱軋條件

熱軋之精加工溫度：Ar₃ 變態點以下

熱軋之精加工溫度於本發明中係重要之要件。藉由在Ar₃ 變態點以下之精加工溫度下對本發明中所規定之成分之鋼進行熱軋，可獲得能夠承受製罐加工之鋼板材質。可認為其原因在於，藉由進行Ar₃ 變態點以下之熱軋，熱軋鋼板之粒徑會變得足夠粗大，冷軋中之加工硬化得到抑制而使得冷軋後之強度不會過剩。

再者，Ar₃ 變態點可作為實施有熱軋時之加工及再現熱歷程之加工熱處理試驗時的伴隨著Ar₃ 變態之體積變化所產生之溫度而求得。本發明中所規定之鋼成分之Ar₃ 變態點大概為900℃附近，精加工溫度只要低於該溫度即可，但為了可靠地達成此點，理想的是設為860℃以下。

此外，雖然詳細之機制並不明確，但藉由使Ar₃ 變態點以下之總軋縮率為40%以上，且使最終軋縮率為25%以上，可使組織之均勻性優異，材質穩定性得到提高。為了進一步提高上述效果，較佳為使總軋縮率為50%以上，且使最終軋縮率為30%以上。

再者，藉由使精軋機入口側溫度為950℃以下，能夠可靠地於Ar₃ 變態點以下進行熱軋，並且可實現組織之均勻化，故於本發明中更佳。關於詳細之機制無法充分闡明，但可推測其與即將開始精軋之前之沃斯田體粒徑有關。就防止產生鏽皮(scale)瑕疵之觀點而言，更理想的是使精軋機入口側溫度為920℃以下。

捲繞溫度：640～750℃(適宜條件)

捲繞溫度必需以不給下一步驟即酸洗與冷軋帶來障礙之方式進行設定。即，當於超過750℃之溫度下進行捲繞時，不僅鋼板之鏽皮厚度顯著增大，酸洗時之去鏽皮性惡化，有時亦會產生伴隨著鋼板本身之高溫強度之下降而產生卷材之變形等問題。另一方面，若未滿640℃，則捲繞後之保熱效果並不充分，熱軋鋼板之粒徑難以充分地粗大化。

為了於進行冷軋前去除鏽皮，對酸洗捲繞後之熱軋鋼板實施酸洗。酸洗只要根據通常之方法進行即可。

酸洗後之冷軋條件：軋縮率為50～96%

酸洗後之冷軋係使軋縮率為50～96%。若軋縮率未滿50%，則結晶組織變得不均勻，因此進行製罐加工時變形會不均勻，產品之表面變得粗糙。另外，該冷軋亦發揮調整鋼板之形狀與粗糙度之作用，因此進行大概50%以上之軋縮於該等方面亦成為必需之條件。另外，上限取決於被視為必需之產品之強度與厚度、熱軋或冷軋之設備能力，但超過96%進行冷軋將難以避免局部延展性之劣化，因此除極其特殊之用途以外無法應用。

冷軋後之熱處理溫度：150～400℃(適宜條件)

當於冷軋後進行熱處理時，熱處理之溫度設為150～400℃。本發明之成分之再結晶溫度大概為730℃以上，因此於150～400℃下不會引起再結晶，但根據本發明中所規定之C、Nb、N、B之含量關係，藉由在上述溫度範圍內進行熱處理可實現強度之下降與延展性之改善。該現象可認為係因於比較低之溫度下產生軟化，故於該溫度下易於進行擴散之C、N等固溶元素與藉由冷軋而導入之差排相互作用所引起。即，可認為藉由本發明中所規定之C、Nb、Ti、N、B之含量關係而使得鐵氧體相下之固溶C、N達到理想的狀態，藉此可於較低溫度下獲得強度之下降與延展性之改善。尤其可認為，於本發明中所規定之B之添加條件之影響重大，藉由B與N形成BN而使得固溶N降低、固溶B向粒界偏析以妨礙C、N向粒界之偏析、於基質中藉由熱處理而自C、N黏著有藉由冷軋而導入之差排之狀態變成黏著被解除，能夠獲得強度之下降與延展性之改善。能夠期待此種改善效果之下限之溫度為150℃。另一方面，若溫度達到400℃以上，則冷軋中之應變能(strain energy)蓄積較大之一部分的結晶粒優先開始進行恢復，從而導致於進行製罐加工時變形不均勻，產品之表面變得粗糙。因此，使冷軋後之熱處理溫度為150～400℃。再者，為了穩定地獲得強度、延展性，該熱處理溫度較佳為200～350℃之範圍。再者，關於熱處理時間，只要為足以供固溶元素自本發明中所推斷之元素脫離差排之時間即可，並無特別限定，但較佳為大概10～90s之範圍。

[實施例] [實施例1]

以下，說明實施例。

將表1所示之各種鋼加以熔鑄而製成鋼坯，於1100～1250℃之加熱溫度下進行加熱後，於表1所示之精加工溫度下進行熱軋，然後於680℃之捲繞溫度下進行捲繞。繼而，於酸洗後，以90%之軋縮率進行冷軋。

對藉由以上方法而獲得之鋼板之板厚變動進行評價。板厚變動係利用設置於冷軋設備中之X射線板厚計，針對鋼板卷材長度之全長而測定冷軋後之板厚，以相對於平均板厚之變動率來進行評價，將變動率為作為產品可容許之±3%以下者視為合格而以○來表示，將變動率超過±3%者視為不合格而以×來表示。

另外，於表1中，將熱軋之精加工溫度為本發明中所規定之Ar₃ 變態點以下者視為○，將於本發明中除外之超過Ar₃ 變態點者視為×。將藉由以上方法而獲得之結果與條件一併示於表1。

由表1可知，於本發明例中，板厚變動為±3%以下，已獲得抑制了鋼板卷材之長度方向上之板厚變動之鋼板。即，可知作為本發明之第1課題之板厚變動之抑制如表1所示般，已藉由滿足第1發明中所規定之條件而得到解決。

[實施例2]

將表2所示之各種鋼加以熔鑄而製成鋼坯，於1100～1250℃之加熱溫度下進行加熱後，於Ar₃ 變態點以下即820℃之精加工溫度下進行熱軋，然後於表2所示之捲繞溫度下進行捲繞。繼而，進行酸洗，並以表2所示之軋縮率進行冷軋。

對藉由以上方法而獲得之鋼板之板厚變動進行評價。板厚變動係利用設置於冷軋設備中之X射線板厚計，針對鋼板卷材長度之全長而測定冷軋後之板厚，以相對於平均板厚之變動率來進行評價。將評價結果示於表2。將變動率為作為產品可容許之±3%以下者視為合格而以○來表示，將變動率超過±3%者視為不合格而以×來表示。

繼而，於表2所示之熱處理溫度下對上述鋼板進行30s之熱處理。其後，進行兩種表面處理。一種係於表面鍍Cr而形成無錫鋼板(以下稱為TFS(Tin Free Steel))，且更進一步層壓聚對苯二甲酸乙二酯(PET，polyethylene terephthalate)樹脂薄膜。另一種係於表面鍍Sn而形成鍍錫鋼板。

將於TFS上層壓PET樹脂薄膜者加工成擠壓比為2.2之DRD罐，並以目視判定對罐體部及罐底部之粗糙度進行評價。評價以與優、良、欠佳之界限樣本之對比來進行。此處，優係未出現粗糙者，良係出現略微粗糙但為實用上之容許範圍者，欠佳係出現實用上無法容許之粗糙程度者。評價結果係將優記為○，將良記為△，將欠佳記為×。將所獲得之結果示於表2。

另外，將形成為鍍錫鋼板者製成直徑為52mm之焊接罐，進行擴張率為6%及8%之凸緣加工，並對凸緣破裂之產生進行評價。評價結果係將於6%及8%之凸緣加工中未產生破裂者記為○，將即便於8%之凸緣加工中產生破裂但於6%之凸緣加工中未產生破裂者記為△，將於6%及8%之凸緣加工中均產生破裂者記為×。將所獲得之結果示於表2。

由表2可知，本發明之第1課題即板厚變動之抑制已藉由滿足第1發明中所規定之條件而得到解決。另外，於實際之罐之成型中，粗糙、凸緣破裂達到可容許之水準。

而且得知，藉由更進一步滿足第2發明及第3發明中所規定之條件，將於實際之罐之成型中，更進一步良好地抑制粗糙、凸緣破裂。

(產業上之可利用性)

本發明最合適作為食品罐或飲料罐。而且，除該等以外，亦適宜用於將如本發明中所假定之有機樹脂薄膜層壓鋼板作為素材，使用先前之DI(Draw and Iron，拉伸)成形，避免薄膜之損傷，並要求罐體之抽取性之用途。

Claims

一種製罐用鋼板之製造方法，其特徵在於：藉由連續鑄造而將鋼製成鋼坯，並於Ar₃ 變態點以下之精加工溫度下進行熱軋，且經捲繞、酸洗後，以50~96%之軋縮率進行冷軋之後，於150~400℃之溫度下進行10~90秒之熱處理；上述鋼係鋼成分以質量%計，包含C：0.005%以下、Mn：0.05~0.5%、Al：0.01~0.12%、N：0.0010~0.0070%、B：0.15×N~0.75×N(以原子比計，為0.20×N~0.97×N)，且更進一步包含Nb：4×C~20×C(以原子比計，為0.52×C~2.58×C)、Ti：2×C~10×C(以原子比計，為0.50×C~2.51×C)中之一種或兩種，且剩餘部分由Fe及不可避免的雜質元素構成之鋼。
如申請專利範圍第1項之製罐用鋼板之製造方法，其中，於640~750℃之溫度下進行上述捲繞。