TWI717098B - 罐用鋼板及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
目的是為了提供具有高強度及優異的加工性之罐用鋼板及其製造方法。
一種罐用鋼板,以質量%計,其成分組成係含有C:0.085%以上0.130%以下、Si:0.04%以下、Mn:0.10%以上0.60%以下、P:0.02%以下、S:超過0.010%且0.020%以下、Al:0.02%以上0.10%以下、N:0.0005%以上0.0040%以下、Nb:0.007%以上0.030%以下、B:0.0010%以上0.0050%以下,B含量(質量%)相對於N含量(質量%)之比B/N為0.80以上,其餘部分為Fe及不可避的雜質所構成,具有以面積分率計含有波來鐵1.0%以上之肥粒鐵組織,降伏應力為500MPa以上,抗拉強度為550MPa以上,均一伸長率為10%以上,降伏伸長率為5.0%以下。
Description
本發明是關於罐用鋼板及其製造方法。本發明特別是關於適用於食品罐、飲料罐等用之罐容器用材料之罐用鋼板及其製造方法,其中更關於強度及加工性優異之罐用鋼板及其製造方法。
近年來,基於減輕環境負荷及降低成本的觀點,要求減少食品罐、飲料罐用之鋼板的使用量,不管是2件式罐、3件式罐,鋼板的薄型化不斷進展。此外,不僅是罐身部,像易開蓋(easy open ends)那樣在罐蓋部、罐底部之薄型化的要求也變強烈。
若將鋼板薄型化,會使罐體強度降低,因此必須使用高強度的鋼板。作為高強度的罐用鋼板,以往有使用被稱為DR(二次輥軋,Double Reduced)材之鋼板的情況。DR材是指,在退火後,再度進行冷軋(二次輥軋)而製造出的鋼板。DR材雖為高強度者,但因為伸長率低,其加工性較差,不一定適用於要求高加工性之罐身加工罐、必須進行鉚釘加工之易開蓋。
為了應付這樣的課題,使用在退火後僅進行調質輥軋的SR(單次輥軋,Single Reduced)材之高強度且加工性優異之罐用鋼板是必要的。例如,具備加工性之高強度的SR材已在專利文獻1、2被提出。
在專利文獻1提出一種罐用鋼板,其組成以質量%計,係含有C:0.03~0.13%、Si:0.03%以下、Mn:0.3~0.6%、P:0.02%以下、Al:0.1%以下、N:0.012%以下,進一步含有選自Nb:0.005~0.05%、Ti:0.005~0.05%、B:0.0005~0.005%之1種以上,其餘部分則是由鐵及不可避的雜質所構成,具有雪明碳鐵率:0.5%以上之肥粒鐵組織,肥粒鐵平均結晶粒徑為7μm以下,塗裝燒成處理後之抗拉強度為450~550Mpa,總伸長率為20%以上,降伏伸長率為5%以下。
在專利文獻2提出一種製罐用鋼板,以重量比計,係含有C:0.020~0.150%、Si:0.05%以下、Mn:1.00%以下、P:0.050%以下、S:0.010%以下、N:0.0100%以下、Al:0.100%以下、Nb:0.005~0.025%,其餘部分為不可避的雜質和鐵所構成,係實質的肥粒鐵單相組織,降伏強度為40kgf/mm2
以上,平均結晶粒徑為10μm以下,板厚為0.300mm以下,製罐時的深引伸(deep drawing)性及凸緣加工性、製罐後的表面性狀優異,具有充分的罐強度。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1:日本特開2008-274332號公報
專利文獻2:日本特開平8-325670號公報
[發明所欲解決之問題]
然而,上述先前技術存在以下所示的問題。
專利文獻1所記載的技術,適用於抗拉強度只到550Mpa為止的鋼板,無法對應於進一步的薄型化。此外,作為鉚釘加工性所要求之均一伸長率也不足。再者,專利文獻2所記載的技術,存在著抗拉強度550MPa以上的高強度化和充分的伸長率無法兼顧的問題。
本發明是有鑑於上述事情而開發完成的,其目的是為了提供具有高強度及優異的加工性之罐用鋼板及其製造方法。
[解決問題之技術手段]
為了達成上述目的,本發明之要旨如下。
(1)一種罐用鋼板,以質量%計,其成分組成係含有C:0.085%以上0.130%以下、Si:0.04%以下、Mn:0.10%以上0.60%以下、P:0.02%以下、S:超過0.010%且0.020%以下、Al:0.02%以上0.10%以下、N:0.0005%以上0.0040%以下、Nb:0.007%以上0.030%以下、B:0.0010%以上0.0050%以下,B含量(質量%)相對於N含量(質量%)之比B/N為0.80以上,其餘部分為Fe及不可避的雜質所構成,
具有以面積分率計含有波來鐵1.0%以上之肥粒鐵組織,
降伏應力為500MPa以上,抗拉強度為550MPa以上,均一伸長率為10%以上,降伏伸長率為5.0%以下。
(2)如(1)所述之罐用鋼板,其中,以質量%計,B含量為超過0.0020%且0.0050%以下。
(3)如(1)或(2)所述之罐用鋼板,除了前述成分組成以外,以質量%計,進一步含有選自Ti:0.005%以上0.030%以下、Mo:0.01%以上0.05%以下當中之一種以上。
(4)一種罐用鋼板之製造方法,係如前述(1)~(3)中任一項所述之罐用鋼板之製造方法,係包含:
將具有前述成分組成之扁鋼胚以加熱溫度1100℃以上進行加熱之加熱工序,
將前述加熱工序後的扁鋼胚以熱軋精加工溫度830℃以上940℃以下的條件進行熱軋之熱軋工序,
將在前述熱軋工序所獲得的熱軋板以捲繞溫度400℃以上且未達550℃進行捲繞之捲繞工序,
將前述捲繞工序後的熱軋板進行酸洗之酸洗工序,
將前述酸洗工序後的熱軋板以軋縮率85%以上的條件進行冷軋之冷軋工序,
將在前述冷軋工序所獲得的冷軋板以退火溫度720℃以上780℃以下的條件進行退火之退火工序,以及
將在前述退火工序所獲得的退火板以伸長率0.5%以上5.0%以下的條件進行輥軋之調質輥軋工序。
[發明之效果]
本發明的罐用鋼板具有高強度及優異的加工性。依據本發明,可使運用於食品罐、飲料罐等之鋼板更加薄型化,而能達成節約資源及低成本化。
以下,針對本發明的罐用鋼板之成分組成、鋼板組織、鋼板特性、製造方法依序做說明。又本發明並不限定於以下的實施形態。
首先,針對本發明的罐用鋼板之成分組成做說明。在成分組成的說明中,表示各成分的含量之%是指質量%。又本發明的罐用鋼板也簡稱為鋼板。
C:0.085%以上0.130%以下
C,除了提高降伏應力及抗拉強度以外,是藉由形成波來鐵而有助於降伏伸長率的降低及均一伸長率的提高之重要元素。藉由將C含量設定為0.085%以上,能使鋼板組織中之波來鐵的面積分率成為1.0%以上,使鋼板的降伏應力成為500MPa以上且抗拉強度成為550MPa以上。C含量較佳為0.100%以上。另一方面,若C含量超過0.130%,會使固溶C增加,而造成降伏伸長率增大,且均一伸長率也降低。因此,C含量必須為0.130%以下。C含量較佳為0.125%以下。
Si:0.04%以下
Si若多量地添加,由於表面濃化(surface enriched)會使表面處理性劣化,而造成耐蝕性降低,因此其含量必須為0.04%以下。Si含量較佳為0.03%以下。另一方面,Si有助於降伏應力、抗拉強度的提高,因此較佳為添加0.01%以上。
Mn:0.10%以上0.60%以下
Mn,因為起固溶強化作用,不僅有助於降伏應力、抗拉強度的提高,還能促進波來鐵的生成。如此,可促進加工硬化,可獲得550MPa以上的抗拉強度,還能獲得5.0%以下的降伏伸長率、10%以上的均一伸長率。為了獲得這樣的效果,Mn含量必須為0.10%以上。Mn含量較佳為0.30%以上。另一方面,若Mn含量超過0.60%,不僅對波來鐵生成的貢獻達到飽和,且因為過度的固溶強化而造成均一伸長率降低。因此,Mn含量的上限必須為0.60%。Mn含量較佳為0.55%以下。
P:0.02%以下
若P多量地含有,因為過度的硬質化、中央偏析而使加工性降低,此外會造成耐蝕性降低。因此,將P含量的上限設定為0.02%。另一方面,P有助於降伏應力、抗拉強度的提高,因此P含量較佳為0.005%以上。P含量更佳為0.010%以上。
S:超過0.010%且0.020%以下
S會在鋼中形成硫化物而使熱軋性降低。因此,S含量設定為0.020%以下。當S含量為0.010%以下的情況,因罐內所收容的物體有發生孔蝕的可能性,因此S含量必須超過0.010%。
Al:0.02%以上0.10%以下
Al是有用的脫氧元素,藉由形成氮化物有助於降伏伸長率的降低。因此,Al必須含有0.02%以上。Al含量較佳為0.03%以上。另一方面,若過度地含有Al,會產生大量的氧化鋁而殘存於鋼板內,造成加工性降低,因此Al含量必須為0.10%以下。Al含量較佳為0.08%以下。
N:0.0005%以上0.0040%以下
N若以固溶N的形式存在,會使降伏伸長率增加而造成加工性降低,因此N含量必須為0.0040%以下。N含量較佳為0.0035%以下。另一方面,讓N含量穩定地成為0.0005%很難,且會造成製造成本上昇,因此N含量的下限設定為0.0005%。
Nb:0.007%以上0.030%以下
Nb是藉由使肥粒鐵結晶粒微細化、使碳化物形成而讓降伏應力及抗拉強度提高之重要元素,為了獲得這樣的效果,Nb含量必須為0.007%以上。Nb含量較佳為0.010%以上。另一方面,當Nb含量超過0.030%的情況,再結晶溫度變得過高,要兼顧抗拉強度及均一伸長率變困難。因此,Nb含量的上限必須為0.030%。Nb含量較佳為0.026%以下。
B:0.0010%以上0.0050%以下,B/N:0.80以上
B具有:與N形成BN而讓固溶N減少,造成降伏伸長率降低的效果。此外,藉由以固溶B的形式存在,有助於將肥粒鐵結晶粒的微細化而使降伏應力提高,因此B含量必須為0.0010%以上。B含量較佳為超過0.0020%。此外,如果B含量相對於N含量不在一定比例以上,就無法獲得這樣的效果,因此B和N之含量比[B含量(質量%)相對於N含量(質量%)之比]B/N必須為0.80以上。B/N較佳為1.00以上,更佳為1.20以上。B/N的上限沒有特別的限定,基於容易讓其發揮更良好的拉伸特性之觀點,B/N較佳為5.00以下,更佳為3.00以下。此外,若B過度地含有,不僅會使上述效果達到飽和,除了使均一伸長率降低還會使異向性劣化而造成加工性降低,因此B含量的上限必須為0.0050%。B含量較佳為0.0040%以下。
本發明的罐用鋼板之成分組成可設定成,含有上述成分,且其餘部分為Fe及不可避的雜質所構成。
此外,本發明的罐用鋼板較佳為,除了上述成分組成以外,進一步含有:選自Ti:0.005%以上0.030%以下、Mo:0.01%以上0.05%以下當中之一種以上。
Ti:0.005%以上0.030%以下
Ti具有:將N以TiN的形式固定而讓降伏伸長率降低的效果。此外,藉由優先地產生TiN來抑制BN的生成,而確保固溶B,藉此有助於將肥粒鐵結晶粒微細化而使降伏應力、抗拉強度提高。再者,藉由形成微細的碳化物,也有助於降伏應力和抗拉強度的提高。因此,在含有Ti的情況,宜將Ti含量設定為0.005%以上。Ti含量更佳為0.010%以上。另一方面,若Ti含量超過0.030%,再結晶溫度變得過高,而難以兼顧抗拉強度和均一伸長率。因此,在含有Ti的情況,Ti含量較佳為0.030%以下。Ti含量更佳為0.020%以下。
Mo:0.01%以上0.05%以下
Mo是藉由使肥粒鐵結晶粒微細化、使碳化物形成而有助於降伏應力和抗拉強度的提高。因此,當含有Mo的情況,Mo含量較佳為0.01%以上。Mo含量更佳為0.02%以上。另一方面,若Mo含量超過0.05%,這樣的效果會達到飽和,且其在粒界的偏析變得過度,而造成均一伸長率降低。因此,在含有Mo的情況,Mo含量的上限較佳為0.05%。
接下來,針對本發明的罐用鋼板之鋼板組織做說明。
波來鐵的面積分率:1.0%以上
在鋼板組織內讓波來鐵分散地含有而促進加工硬化,藉此除了550MPa以上的抗拉強度,還獲得5.0%以下的降伏伸長率、10%以上的均一伸長率,而能獲得良好的加工性。為了獲得這樣的效果,鋼板組織中之波來鐵的面積分率必須為1.0%以上。波來鐵的面積分率較佳為1.5%以上,更佳為2.0%以上。此外,波來鐵的面積分率較佳為10%以下,更佳為5.0%以下。本發明的罐用鋼板之組織,其主相為肥粒鐵組織,前述波來鐵以外的其餘部分為肥粒鐵組織(肥粒鐵相)。在肥粒鐵組織,可含有粒狀的雪明碳鐵。
用於觀察鋼板組織之試樣,是以可觀察鋼板之與輥軋方向平行的垂直剖面的方式從鋼板切出並包埋於樹脂中。將試樣之觀察面研磨後,用硝太蝕劑(nital)進行腐蝕而讓組織呈現之後,用掃描型電子顯微鏡拍攝板厚1/2的位置之鋼板組織,進行圖像處理而測定波來鐵的面積分率。更詳細的說,利用掃描型電子顯微鏡以倍率3000倍在任意選出之3視野拍攝鋼板組織,根據各SEM像進行圖像處理來測定波來鐵的面積分率,求取其平均值。
接下來,針對本發明的罐用鋼板之鋼板特性做說明。
降伏應力:500MPa以上、抗拉強度:550MPa以上、降伏伸長率:5.0%以下、均一伸長率:10%以上
為了在薄型化後的罐體確保充分的罐體強度,鋼板的降伏應力必須為500MPa以上,抗拉強度必須為550MPa以上。降伏應力較佳為510MPa以上。抗拉強度較佳為570MPa以上。降伏應力的上限沒有特別的限定,基於蓋的捲曲(curl)加工性之觀點,降伏應力較佳為590MPa以下。抗拉強度的上限沒有特別的限定,基於易開蓋之開罐性的觀點,抗拉強度較佳為650MPa以下。
為了防止製罐時或製蓋時的伸張應變,降伏伸長率必須為5.0%以下。降伏伸長率較佳為4.0%以下。為了確保罐身之頸部及凸緣加工性、易開蓋之鉚釘加工性,均一伸長率必須為10%以上。均一伸長率較佳為12%以上。
此外,斷裂伸長率(EL)較佳為15%以上。斷裂伸長率更佳為18%以上。
在本發明中,降伏應力、抗拉強度、均一伸長率、降伏伸長率及斷裂伸長率,是從輥軋方向將JIS5號拉伸試驗片取樣(sampling),於210℃實施20分鐘的時效熱處理後,依JIS Z 2241進行評價。關於降伏應力,在有上降伏點的情況是用上降伏應力進行評價,在沒有上降伏點的情況是用0.2%保證應力進行評價。均一伸長率是用JIS Z 2241之最大試驗時總伸長率進行評價。
本發明的罐用鋼板之板厚沒有特別的限定,較佳為0.40mm以下。本發明的罐用鋼板因為可謀求極薄的厚度薄化(gauge down),基於節約資源及低成本化的觀點,板厚更佳為0.25mm以下。此外,板厚較佳為0.10mm以上。
接下來,針對本發明的罐用鋼板之製造方法做說明。可依以下所記載的條件來製造罐用鋼板。又對依以下的製造方法所製造之罐用鋼板,可適宜地進行:實施鍍Sn、鍍Ni、鍍Cr等之鍍敷工序、化成處理工序、積層等之樹脂膜被覆工序等的工序。
加熱溫度:1100℃以上
將具有上述成分組成之扁鋼胚以加熱溫度1100℃以上進行加熱(加熱工序)。若熱軋前之扁鋼胚加熱溫度過低,有使粗大的氮化物產生而造成加工性降低的疑慮,因此將扁鋼胚之加熱溫度設定為1100℃以上。扁鋼胚之加熱溫度較佳為1150℃以上。在含有Ti的情況,扁鋼胚之加熱溫度更佳為1200℃以上。此外,扁鋼胚之加熱溫度,基於獲得更良好的表面狀態之觀點,較佳為1280℃以下。
精加工溫度:830℃以上940℃以下
對於前述加熱工序後的扁鋼胚,以熱軋精加工溫度830℃以上940℃以下的條件實施熱軋(熱軋工序)。若熱軋之精加工溫度(熱軋精加工溫度)比940℃更高,會使熱軋板之肥粒鐵結晶粒粗大化,使冷軋退火調質輥軋後之肥粒鐵結晶粒粗大化,而造成降伏應力和抗拉強度降低。此外,有促進鏽皮(scale)之生成而使表面性狀惡化的疑慮。因此,將熱軋精加工溫度的上限設定為940℃。熱軋精加工溫度的上限較佳為920℃。另一方面,若熱軋之精加工溫度未達830℃,在熱軋中會形成粗大的Nb碳化物,而造成降伏應力、抗拉強度降低。因此,將熱軋精加工溫度的下限設定為830℃。熱軋精加工溫度之較佳下限為850℃。
捲繞溫度:400℃以上且未達550℃
將在前述熱軋工序所獲得之熱軋板以捲繞溫度400℃以上且未達550℃進行捲繞(捲繞工序)。若捲繞溫度為550℃以上,會使熱軋板中之雪明碳鐵粗大化且穩定化,在退火時未溶解地殘存而造成波來鐵分率降低。此外,會使Nb碳化物等的合金碳化物粗大化,而造成降伏應力及抗拉強度降低。因此,捲繞溫度必須為低於550℃。捲繞溫度較佳為530℃以下。另一方面,若捲繞溫度低於400℃,Nb等之合金碳化物的析出會被抑制而造成降伏應力及抗拉強度降低,因此將捲繞溫度的下限設定為400℃。捲繞溫度較佳為470℃以上。然後,將捲繞工序後的熱軋板實施酸洗(酸洗工序)。酸洗條件沒有特別的限定。
軋縮率:85%以上
對前述酸洗工序後之熱軋板以軋縮率85%以上的條件實施冷軋(冷軋工序)。藉由冷軋,使退火後之肥粒鐵結晶粒微細化,而使降伏應力及抗拉強度提高。為了獲得此效果,將冷軋之軋縮率設定為85%以上。前述軋縮率較佳為87%以上。冷軋之軋縮率的上限沒有特別的限定,基於獲得更良好的加工性之觀點,冷軋的軋縮率較佳為設定成93%以下。
退火溫度:720℃以上780℃以下
對在前述冷軋工序所獲得之冷軋板,以退火溫度720℃以上780℃以下的條件實施退火(退火工序)。為了獲得高抗拉強度、大均一伸長率、小降伏伸長率,在退火過程中讓波來鐵產生是重要的。因此必須將退火溫度設定為720℃以上。退火溫度較佳為730℃以上。另一方面,若退火溫度超過780℃,除了使Nb碳化物等的合金碳化物粗大化,還會使肥粒鐵結晶粒粗大化而造成降伏應力及抗拉強度降低。因此,必須將退火溫度的上限設定為780℃。退火溫度較佳為760℃以下。退火方法,基於材質均一性的觀點,較佳為連續退火。退火時間沒有特別的限定,較佳為15s以上。退火時間,基於將肥粒鐵結晶粒細粒化的觀點,較佳為60s以下。
調質輥軋之伸長率:0.5%以上5.0%以下
對在前述退火工序所獲得之退火板以伸長率0.5%以上5.0%以下的條件實施輥軋(調質輥軋工序)。藉由退火後的調質輥軋,進行表面粗糙度的調整、板形狀的矯正,並藉由對鋼板導入應變而使降伏應力提高,讓降伏伸長率降低。為了獲得這樣的效果,將調質輥軋之軋縮率(伸長率)的下限設定為0.5%。伸長率較佳為1.2%以上。另一方面,若伸長率超過5.0%,應變被過度地導入,而使均一伸長率降低,因此將伸長率之上限設定為5.0%。伸長率較佳為3.0%以下。
實施例1
以下說明本發明的實施例。本發明的技術範圍並不限定於以下的實施例。
熔煉含有表1所示之鋼No1~41的成分且其餘部分為Fe及不可避的雜質所構成之鋼,獲得扁鋼胚。對所獲得的扁鋼胚,以表2所示的條件加熱後,進行熱軋、捲繞,利用酸洗將鏽皮除去之後,進行冷軋,於連續退火爐進行退火,進行調質輥軋而獲得罐用鋼板(鋼板No1~49)。
(降伏應力、抗拉強度、均一伸長率、降伏伸長率、斷裂伸長率之評價)
從前述罐用鋼板,沿著輥軋方向將JIS5號拉伸試驗片進行取樣,於210℃實施20分鐘的時效熱處理後,依JIS Z 2241進行降伏應力、抗拉強度、均一伸長率、降伏伸長率、斷裂伸長率的評價。評價結果記載於表3。
(波來鐵之面積分率的測定)
用於觀察鋼板組織之試樣,是以可觀察鋼板之與輥軋方向平行的垂直剖面的方式從前述罐用鋼板切出並包埋於樹脂中。將試樣之觀察面研磨後,用硝太蝕劑進行腐蝕而讓組織呈現。利用掃描型電子顯微鏡以倍率3000倍在板厚1/2的位置於任意選出之3視野拍攝鋼板組織,根據各SEM像進行圖像處理來測定波來鐵的面積分率,求取其平均值。測定結果記載於表3。
發明例都是,降伏應力為500MPa以上,抗拉強度為550MPa以上,均一伸長率為10%以上,降伏伸長率為5.0%以下。而是均一伸長率高且降伏伸長率低之高強度罐用鋼板。
另一方面,在比較例,降伏應力、抗拉強度、均一伸長率、降伏伸長率當中之一個以上變差。
Claims (4)
- 一種罐用鋼板,以質量%計,其成分組成係含有C:0.085%以上0.130%以下、Si:0.04%以下、Mn:0.10%以上0.60%以下、P:0.02%以下、S:超過0.010%且0.020%以下、Al:0.02%以上0.10%以下、N:0.0005%以上0.0040%以下、Nb:0.007%以上0.030%以下、B:0.0010%以上0.0050%以下,B含量(質量%)相對於N含量(質量%)之比B/N為0.80以上10以下,其餘部分為Fe及不可避的雜質所構成,具有以面積分率計含有波來鐵1.0%以上之肥粒鐵組織,降伏應力為500MPa以上,抗拉強度為550MPa以上,均一伸長率為10%以上,降伏伸長率為5.0%以下。
- 如請求項1所述之罐用鋼板,其中,以質量%計,B含量為超過0.0020%且0.0050%以下。
- 如請求項1或2所述之罐用鋼板,除了前述成分組成以外,以質量%計,進一步含有選自Ti:0.005%以上0.030%以下、Mo:0.01%以上0.05%以下當中之一種以上。
- 一種罐用鋼板之製造方法,係如請求項1至3中任一項 所述的罐用鋼板之製造方法,其包含:將具有前述成分組成之扁鋼胚以加熱溫度1100℃以上進行加熱之加熱工序,將前述加熱工序後的扁鋼胚以熱軋精加工溫度830℃以上940℃以下的條件進行熱軋之熱軋工序,將在前述熱軋工序所獲得的熱軋板以捲繞溫度400℃以上且未達550℃進行捲繞之捲繞工序,將前述捲繞工序後的熱軋板進行酸洗之酸洗工序,將前述酸洗工序後的熱軋板以軋縮率85%以上的條件進行冷軋之冷軋工序,將在前述冷軋工序所獲得的冷軋板以退火溫度720℃以上780℃以下的條件進行退火之退火工序,以及將在前述退火工序所獲得的退火板以伸長率0.5%以上5.0%以下的條件進行輥軋之調質輥軋工序。
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