TWI728760B - 罐用鋼板及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種適於食品或飲料罐所使用的罐容器材料的罐用鋼板及其製造方法。本發明的罐用鋼板具有以質量%計含有C：0.010%～0.080%、Si：0.05%以下、Mn：0.10%～0.70%、P：0.03%以下、S：0.020%以下、Al：0.005%～0.020%及N：0.0120%～0.0180%，且剩餘部分為Fe及不可避免的雜質的成分組成，Δr為-0.3～0.3。
Description
本發明是有關於一種適於食品或飲料罐所使用的罐容器材料的罐用鋼板及其製造方法。本發明特別是有關於一種對於用作深沖(Draw and Redraw，DRD)罐體、瓶的蓋的凸耳蓋(lug cap)及螺旋蓋(screw cap)而言較佳的罐用鋼板及其製造方法。
飲料罐或食品罐所使用的鋼板中，罐蓋、罐底、三片罐的罐體等有時會使用被稱為二次軋製(Double Reduced，DR)材的鋼板。DR材是指在一次冷軋之後實施退火，然後再次以一定以上的軋製率進行二次冷軋而製造的鋼板。與僅進行軋製率小的回火軋製(temper rolling)的一次軋製(Single Reduced，SR)材相比，可容易地硬質化並減薄板厚。就近年來的降低環境負荷及削減成本的觀點而言，要求削減飲料罐或食品罐中使用的鋼板的使用量，對容易實現鋼板的薄壁化的DR材的期望越來越大。
DR材主要藉由加工硬化而硬質化，因此一般而言拉深成形性低。因此，有在易開端(Easy-Open End，EOE)的鉚釘(rivet)部、三片罐體部的進行凸緣加工等要求高拉深成形性的部位發生裂紋等不良情況的問題。對此，提出有改善了拉深成形性的鋼板。
例如，專利文獻1中揭示有一種高強度容器用鋼板，其
以質量%計含有C：0.01%~0.05%、Si：0.04%以下、Mn：0.1%~1.2%、S：0.10%以下、Al：0.001%~0.100%、N：0.10%以下、P：0.0020%~0.100%，剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質，拉伸強度TS為500MPa以上，且板寬方向與軋製方向的耐力差為20MPa以下。
另外，例如專利文獻2中揭示有一種高強度鋼板，其特徵在於，具有以質量%計含有C：0.010%以上且0.080%以下、Si：0.05%以下、Mn：0.10%以上且0.70%以下、P：0.03%以下、S：0.020%以下、Al：0.005%以上且0.070%以下、N：0.0120%以上且0.0180%以下，剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質的成分組成，於所含有的所述N內，作為固溶N的N含量為0.0100%以上，肥粒鐵(ferrite)平均粒徑為7.0μm以下，自表面起板厚的1/4深度位置的位錯密度為4.0×1014m-2以上且2.0×1015m-2以下，時效處理後的軋製垂直方向的拉伸強度為530MPa以上，伸長率為7%以上。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：WO2009/125876
專利文獻2：WO2015/166646
於專利文獻1所記載的技術中，獲得了良好的凸緣加工性及
頸縮(necking)加工性，但例如加工為DRD罐體、螺旋蓋等時所要求的拉深成形性不充分。例如，於將鋼板拉深成形為罐體時，理想的是成形後的凸緣部的伸出量(凸緣寬度)在罐體圓周方向上均等。要求提供一種該凸緣寬度的圓周方向變動小、拉深成形性優異的罐用鋼板。另外，專利文獻1所記載的技術中拉伸強度為640MPa左右，對於使薄壁的製品具有充分的耐壓強度而言，鋼板強度不足。
同樣地，專利文獻2所記載的技術中，拉深成形性亦不足。
本發明是鑒於所述情況而成，其目的在於提供一種拉深成形性優異的高強度的罐用鋼板及其製造方法。此處，高強度是指時效處理後的軋製方向的拉伸強度為650MPa以上。
本發明者等人為解決所述課題而進行努力研究。結果，本發明者等人著眼於鋼板所具有的r值的面內各向異性△r對罐用鋼板的拉深成形性帶來的影響而獲得新的發現，即，若鋼板的△r為-0.3以上且0.3以下，則可獲得優異的拉深成形性。另外，本發明者等人發現，藉由使鋼成分、板坯加熱、熱軋、捲繞、一次冷軋、退火及二次冷軋的各條件為規定的範圍內，能夠提供△r為-0.3以上且0.3以下的罐用鋼板。而且，基於該見解而完成本發明。
再者，於本說明書中，「r值」是指表示塑性應變比的蘭克福德值(Lankford value)。另外，於本說明書中，「△r」可依照後述的式子進行計算。
本發明是基於以上見解而成，其要旨如下。
(1)一種罐用鋼板，具有以質量%計，含有C：0.010%以上且0.080%以下、Si：0.05%以下、Mn：0.10%以上且0.70%以下、P：0.03%以下、S：0.020%以下、Al：0.005%以上且0.020%以下、及N：0.0120%以上且0.0180%以下，且剩餘部分為Fe及不可避免的雜質的成分組成，r值的面內各向異性△r為-0.3以上且0.3以下。
(2)如所述(1)所記載的罐用鋼板，其中除所述成分組成以外，亦含有以質量%計，Ti：0.005%以上且0.020%以下、Nb：0.005%以上且0.020%以下、Mo：0.01%以上且0.05%以下、Cr：0.04%以上且0.10%以下、B：0.0005%以上0.0060%以下、Ca：0.0010%以上且0.01%以下、Ni：0.05%以上且0.15%以下、及Cu：0.05%以上且0.20%以下
中的一種以上。
(3)一種罐用鋼板的製造方法，包括：將具有如所述(1)或(2)所記載的成分組成的板坯加熱至1180℃以上的步驟；對經加熱的板坯以精加工溫度820℃以上進行熱軋的步驟；將經熱軋的熱軋板以超過640℃且700℃以下捲繞的步驟；對經捲繞的熱軋板以85%以上的軋製率進行一次冷軋的步驟；對經一次冷軋的冷軋板以620℃以上且690℃以下進行退火的步驟；以及對經退火的退火板以軋製率超過20%且40%以下進行二次冷軋的步驟。
根據本發明，可提供r值的面內各向異性△r為-0.3以上且0.3以下、拉深成形性優異的高強度的罐用鋼板。藉由使用本發明的罐用鋼板，能夠利用板厚薄的DR鋼板進行製罐或製蓋，可達成省資源化及低成本化，發揮產業上顯著的效果。
以下，詳細說明本發明。本發明的罐用鋼板的特徵在於，具有以質量%計，含有C：0.010%以上且0.080%以下、Si：0.05%以下、Mn：0.10%以上且0.70%以下、P：0.03%以下、
S：0.020%以下、Al：0.005%以上且0.020%以下、及N：0.0120%以上且0.0180%以下，且剩餘部分為Fe及不可避免的雜質的成分組成，r值的面內各向異性△r為-0.3以上且0.3以下。
而且，本發明的罐用鋼板可藉由如下方式而製造：將具有所述成分組成的板坯加熱至1180℃以上，以精加工溫度820℃以上進行熱軋後，以超過640℃且700℃以下進行捲繞，並以85%以上的軋製率進行一次冷軋，以620℃以上且690℃以下進行退火，以軋製率超過20%且40%以下進行二次冷軋。
首先，對本發明的罐用鋼板的成分組成進行說明。
C：0.010%以上且0.080%以下
C是對強度提高而言重要的元素，藉由設為0.010%以上，有助於實現高強度，具體而言使時效處理後的軋製方向的拉伸強度為650MPa以上。較佳的C量為0.020%以上。另一方面，若C量超過0.080%，則r值的面內各向異性△r低於-0.3，拉深成形性降低，因此需要將C量的上限設為0.080%以下。較佳的C量為0.040%以下。
Si：0.05%以下
Si若大量添加，則由於Si的表面濃化，表面處理性劣化，耐腐蝕性降低，因此需要將Si量設為0.05%以下，較佳為0.03%以下。另一方面，Si有助於拉伸強度的提高，因此Si的下限較佳為
設為0.01%。
Mn：0.10%以上且0.70%以下
Mn具有藉由固溶強化而使鋼板的拉伸強度提高的效果、及藉由形成MnS而防止由鋼中所含的S引起的熱延性的降低的效果。為了獲得該效果，需要添加0.10%以上的Mn。特別是就鋼板的高強度化的觀點而言，較佳為添加0.20%以上的Mn，進而佳為0.50%以上。另一方面，若Mn超過0.70%，則面內各向異性劣化。因此，Mn量設為0.70%以下。較佳為Mn量為0.65%以下。
P：0.03%以下
P若大量添加，則過度硬質化、P向鋼板中央部偏析，藉此拉深成形性降低，另外，耐腐蝕性降低。因此，P量的上限設為0.03%。較佳為P量為0.02%以下。再者，將P量減少至小於0.01%會伴隨冶煉成本等成本的增加。因此，就經濟性的觀點而言，較佳為將P量設為0.01%以上。
S：0.020%以下
S於鋼中形成硫化物，使熱延性降低，且使熱軋中的加工性降低。因此，S量的上限設為0.020%以下。較佳為S量為0.015%以下。再者，若S量為0.008%以上，則可與罐的內容物無關地防止孔蝕，因此S量較佳為設為0.008%以上。
Al：0.005%以上且0.020%以下
Al是作為脫氧劑而添加的元素。為了獲得該效果，需要添加0.005%以上的Al。於鋼中Al過量存在的情況下，與N結合而形
成AlN，使鋼中的固溶N減少，結果鋼板的拉伸強度降低。因此，Al量需要設為0.020%以下。Al量較佳為0.008%~0.019%，更佳為0.011%~0.016%。Al量較佳為0.008%以上，更佳為0.011%以上，且較佳為0.019%以下，更佳為0.016%以下。
N：0.0120%以上且0.0180%以下
N作為固溶強化元素，有助於鋼板的高強度化。為了該效果，作為N量，需要添加0.0120%以上。另一方面，若大量添加N，則r值的面內各向異性△r顯著降低，拉深成形性降低，因此N量的上限設為0.0180%。較佳為N量為0.0135%~0.0165%。N量較佳為0.0135%以上，且較佳為0.0165%以下。
本發明的罐用鋼板將含有以上各成分，且剩餘部分為Fe及不可避免的雜質的成分組成作為基本成分。
根據需要，除所述基本成分以外，本發明的罐用鋼板可亦含有Ti：0.005%以上且0.020%以下、Nb：0.005%以上且0.020%以下、Mo：0.01%以上且0.05%以下、Cr：0.04%以上且0.10%以下、B：0.0005%以上0.0060%以下、Ca：0.0010%以上且0.01%以下、Ni：0.05%以上且0.15%以下、及Cu：0.05%以上且0.20%以下
中的一種以上。
Ti：0.005%以上且0.020%以下
Ti作為析出強化元素，有助於鋼板的高強度化。為了該效果，較佳為添加0.005%以上的Ti。另一方面，若大量添加Ti，則鋼板的各向異性過大，因此Ti量較佳為設為0.020%以下。
Nb：0.005%以上且0.020%以下
Nb作為析出強化元素，有助於鋼板的高強度化。為了該效果，較佳為添加0.005%以上的Nb。另一方面，若大量添加Nb，則鋼板的各向異性過大，因此較佳為設為0.02%以下。
Mo：0.01%以上且0.05%以下
Mo作為析出強化元素發揮作用，另外藉由使組織細粒化，有助於鋼板的高強度化。為了該效果，較佳為添加0.01%以上的Mo。但是，即便大量添加Mo，效果亦會飽和，因此Mo量較佳為設為0.05%以下。
Cr：0.04%以上且0.10%以下
Cr作為析出強化元素，有助於鋼板的高強度化。為了該效果，較佳為添加0.04%以上的Cr。於大量添加Cr的情況下，成為粗大的析出物，高強度化的效果飽和，因此Cr量較佳為設為0.10%以下。
B：0.0005%以上且0.0060%以下
B藉由細粒化，有助於鋼板的高強度化。為了該效果，較佳為添加0.0005%以上的B。即便大量添加B，效果亦會飽和，而且
鋼板的r值的面內各向異性△r的絕對值會變大，因此B量較佳為設為0.0060%以下。
Ca：0.0010%以上且0.01%以下
Ca具有使硫化物微細化而提高熱延性的效果。另外，Ca具有以下效果：藉由Ca與S結合，而使生成化合物MnS的Mn的量減少，同時使有助於固溶強化的Mn量的比例增加，從而有助於鋼板的高強度化。因此，較佳為添加0.0010%以上的Ca。即便大量添加Ca，效果亦會飽和，而且有時會成為粗大的夾雜物而使拉深成形性劣化。因此，Ca量較佳為設為0.01%以下。
Ni：0.05%以上且0.15%以下
Ni藉由固溶強化及細粒化，有助於鋼板的高強度化。為了該效果，較佳為添加0.05%以上的Ni。於大量添加Ni的情況下，表面性狀的劣化變得顯著，因此Ni量較佳為設為0.15%以下。
Cu：0.05%以上且0.20%以下
Cu藉由固溶強化及細粒化，有助於鋼板的高強度化。為了該效果，較佳為添加0.05%以上的Cu。於大量添加的情況下，表面性狀的劣化變得顯著，因此Cu量較佳為設為0.20%以下，更佳為設為0.15%以下。
接下來，對本發明的罐用鋼板的材質特性進行說明。
r值的面內各向異性△r：-0.3以上且0.3以下
為了在良好的拉深成形性的基礎上成形DRD罐體或瓶蓋，作為r值的面內各向異性的指標的△r需要為-0.3以上且0.3以下。
此處，△r由△r=(r0+r90-2．r45)/2的式子所表示。△r越偏離所述範圍，r值的各向異性越大，拉深成形時凸緣部的所謂的「耳」越大，因此無法獲得良好的形狀。即，若△r偏離所述範圍，則拉深成形後的凸緣部的寬度的變動變大，因此於罐用鋼板中無法實現可獲得均勻的凸緣寬度的形狀的正常的拉深成形。
△r較佳為-0.25以上且0.25以下。
時效處理後的軋製方向的拉伸強度：650MPa以上
為了確保DRD罐體或瓶蓋的耐壓強度，較佳為使鋼板的軋製方向的拉伸強度為650MPa以上。藉由使拉伸強度為650MPa以上，即便鋼板薄壁化亦可確保充分的耐壓強度。於DR材的情況下，一般而言與軋製垂直方向相比，軋製方向上拉伸強度低，因此本說明書中以軋製方向的拉伸強度進行評價。另外，罐用鋼板大多會進行燒印塗裝來使用，因此本說明書中，根據相當於燒印塗裝的210℃、10min的時效處理後的特性進行評價。於使板厚特別薄的情況下，較佳為使鋼板的軋製方向的拉伸強度為680MPa以上。另一方面，於過度高強度化的情況下，成形時褶皺等成形不良的發生變得顯著，因此較佳為使拉伸強度為800MPa以下。
接下來，對本發明的罐用鋼板的製造方法進行說明。
本發明的罐用鋼板可經過以下步驟來製造：將具有所述成分組成的板坯加熱至1180℃以上的步驟；對經加熱的板坯以精加工溫度820℃以上進行熱軋的步驟；將經熱軋的熱軋板以超過640℃且700℃以下捲繞的步驟；對經捲繞的熱軋板以85%以上的軋製率
進行一次冷軋的步驟；對經一次冷軋的冷軋板以620℃以上且690℃以下進行退火的步驟；以及對經退火的退火板以軋製率超過20%且40%以下進行二次冷軋的步驟。
加熱溫度：1180℃以上
若熱軋前的板坯的加熱溫度過低，則AlN的一部分未熔解，固溶N量降低，拉伸強度降低。因此，於加熱板坯的步驟中，需要1180℃以上的加熱溫度。較佳的加熱溫度為1200℃以上。加熱溫度的上限並無特別規定，但若為1300℃以下，則容易避免鏽皮(scale)引起的表面缺陷，因此上限較佳為設為1300℃。
精加工溫度：820℃以上
若熱軋步驟中的精加工溫度小於820℃，則所述△r成為規定範圍外的值，拉深成形性惡化。因此，精加工溫度需要設為820℃以上。較佳的精加工溫度為860℃以上。精加工溫度的上限並無特別限定，但若為930℃以下，則可獲得粒徑更微細的鋼板，因此較佳。
捲繞溫度：超過640℃且700℃以下
捲繞步驟中的捲繞溫度為640℃以下時，鋼中的雪明碳鐵(cementite)的生成不充分，在固溶C過剩的狀態下實施下一步驟的一次冷軋，因此所述△r成為規定範圍外的值，拉深成形性惡化。因此，捲繞溫度需要設為超過640℃。較佳的捲繞溫度為650℃以上。另一方面，若捲繞溫度超過700℃，則熱軋板的粒徑變粗大，因此最終的鋼板的粒徑亦變粗大，拉伸強度降低。因此，捲繞溫
度需要設為700℃以下。較佳的捲繞溫度為680℃以下。
此處，於冷軋之前，可根據需要進行酸洗。再者，酸洗條件並無特別規定，只要可除去熱軋板的表層鏽皮即可。因此，只要依照常規方法進行酸洗即可。
一次冷軋率：85%以上
為了使退火後的肥粒鐵粒徑微細化，提高拉伸強度，一次冷軋步驟中的軋製率需要設為85%以上。該軋製率較佳為86%以上。另一方面，若軋製率為91.4%以下，則容易將所述△r控制得小，因此較佳。進而佳為將一次冷軋、以及後述的二次冷軋的軋製率合計所得的總冷軋率設為90.5%以下，更佳為設為90.0%以下。
退火溫度：620℃以上且690℃以下
為了確保拉深成形性，退火中需要充分再結晶。為此，於對一次冷軋步驟中獲得的冷軋版進行退火的步驟中，退火溫度需要設為620℃以上。另一方面，若退火溫度過高，則肥粒鐵粒徑粗大化，拉伸強度降低。因此，退火溫度需要設為690℃以下。退火溫度較佳為640℃以上，且較佳為680℃以下，更佳為640℃~680℃。再者，退火時間較佳為設為10s以上。另外，退火方法並無限定，就材質的均勻性的觀點而言較佳為設為連續退火法。進而，退火後的冷卻條件並無特別限定，就藉由固溶C的作用而高強度化的觀點而言，進而佳為於退火後，在500℃至300℃的溫度範圍以50℃/s以上的冷卻速度進行冷卻。
二次冷軋率：超過20%且40%以下
所述退火後得到的退火板藉由二次冷軋而高強度化，精加工為板厚薄的鋼板。為了使時效處理後的鋼板的軋製方向的拉伸強度為650MPa以上，需要將二次冷軋步驟中的軋製率設為超過20%。較佳的軋製率為22%以上。另一方面，若二次冷軋率過高，則拉深成形性惡化。因此，軋製率需要設為40%以下。特別是於要求高拉深成形性的情況下，較佳為將軋製率設為35%以下。
藉由以上，獲得本發明的罐用鋼板。即便對此處所獲得的鋼板進行鍍敷或化學轉化處理等表面處理，亦不會失去發明的效果。
[實施例]
熔煉含有表1所示的鋼符號A~V的成分、剩餘部分包含不可避免的雜質及Fe的鋼，獲得鋼坯。對所獲得的鋼坯，於表2所示的條件下加熱後，進行熱軋、捲繞，利用酸洗除去鏽皮後，進行一次冷軋，於連續退火爐中以各退火溫度進行退火。對所獲得的退火板，以各二次冷軋率進行二次冷軋，獲得板厚0.12mm~0.22mm的鋼板(鋼板符號1~29)。
[表2]
時效處理後的軋製方向的拉伸強度
進行210℃、10分鐘的相當於燒印塗裝的時效處理後，以拉伸方向為軋製方向的方式採取日本工業標準(Japanese Industrial Standards，JIS)Z 2241所規定的5號拉伸試驗片，依照JIS Z2241，評價拉伸強度。
r值的面內各向異性△r
利用美國試驗材料學會(American Society for Testing Material，ASTM)A623M中記載的固有振動法(模組r)來測定、評價r值的面內各向異性△r。
拉深成形性
自所獲得的鋼板以直徑160mm衝壓坯料，藉由拉深-再拉深成形，製作直徑82.8mm、高度45.5mm的罐體。進而對罐底實施直徑70mm及40mm的焊珠(bead)加工(深度0.5mm、曲率半徑1mm)。對於所獲得的罐體，以15度的間距對其凸緣寬度進行整周測定。若凸緣寬度的最大值與最小值之差為1.5mm以下，則視為拉深成形性良好而評價為◎，若超過1.5mm且為2mm以下則視為拉深成形性能夠容許而評價為○，若超過2mm則視為拉深成形性差而評價為×。
該試驗的詳細條件記於以下。
潤滑條件：於鋼板兩面塗佈潤滑油
第一拉深的拉深比：1.52
第二拉深的拉深比：1.26
各個拉深中褶皺抑制壓力：0.3MPa
第一拉深時模具的肩半徑：2.5mm
第二拉深時模具的肩半徑：2.5mm
耐壓強度
對所述罐體捲緊蓋子，自蓋側開孔並於密封下送入空氣，測定罐底部彎曲(buckling)的壓力，若為0.18MPa以上則評價為○，若小於0.18MPa則評價為×。
將試驗結果示於表3中。本發明例均為r值的面內各向異性△r為-0.3以上且0.3以下，拉深成形性與耐壓強度優異。另一方面，比較例中，所述特性的任一者以上差。
Claims (3)
- 一種罐用鋼板，具有以質量%計，含有 C：0.010%以上且0.080%以下、 Si：0.05%以下、 Mn：0.10%以上且0.70%以下、 P：0.03%以下、 S：0.020%以下、 Al：0.005%以上且0.020%以下、 及N：0.0120%以上且0.0180%以下，且 剩餘部分為Fe及不可避免的雜質的成分組成， r值的面內各向異性Δr為-0.3以上且0.3以下。
- 如請求項1所述的罐用鋼板，其中除所述成分組成以外，亦含有以質量%計， Ti：0.005%以上且0.020%以下、 Nb：0.005%以上且0.020%以下、 Mo：0.01%以上且0.05%以下、 Cr：0.04%以上且0.10%以下、 B：0.0005%以上0.0060%以下、 Ca：0.0010%以上且0.01%以下、 Ni：0.05%以上且0.15%以下、及 Cu：0.05%以上且0.20%以下 中的一種以上。
- 一種罐用鋼板的製造方法，包括： 將具有如請求項1或請求項2所述的成分組成的板坯加熱至1180℃以上的步驟； 對經加熱的所述板坯以精加工溫度820℃以上進行熱軋的步驟； 將經熱軋的熱軋板以超過640℃且700℃以下捲繞的步驟； 對經捲繞的所述熱軋板以85%以上的軋製率進行一次冷軋的步驟； 對經一次冷軋的冷軋板以620℃以上且690℃以下進行退火的步驟；以及 對經退火的退火板以軋製率超過20%且40%以下進行二次冷軋的步驟。
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