JP2010043349A - 高強度容器用鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、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%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼を、仕上げ温度:(Ar3変態点温度−30)℃以上、巻き取り温度:400〜750℃で熱間圧延し、酸洗、冷間圧延を行った後、過時効処理を含む連続焼鈍を行い、次いで、圧下率:20〜50%で2回目の冷間圧延を行うことで、引張強度が500MPa以上、板幅方向と圧延方向の耐力差が20MPa以下の高強度容器用鋼板が得られる。
【選択図】なし
Description
また、製品板厚を薄くすると剛性が低下するので、この剛性の低下を補うため、鋼材の高強度化を図る必要もある。しかし、鋼材の高強度化を図った場合、硬質化するため、フランジ加工やネッキング加工で割れが生じる問題がある。
上記に対して、現在、種々の製造方法が考案されている。
しかしながら、特許文献1の方法では、フランジ加工性、ネック加工性および耐食性を劣化させないようにPを0.02wt%以下とし、さらに2次冷間圧延の圧下率を15〜30%とするため薄い製品を効率的に処理することは難しく生産しにくい、また外観不良が発生しやすいといった問題がある。さらに、スラブ表層で割れが生じることがあり、製品での歩留まり低下の原因となるといった問題もある。また、安定的に製造することが難しく、改善が必要である。
熱間圧延→酸洗→冷間圧延→箱型焼鈍(BAF)→2回目冷間圧延(圧下率:20〜50%)
熱間圧延→酸洗→冷間圧延→連続焼鈍(CAL)→2回目冷間圧延(圧下率:20〜50%)
しかしながら、上記の方法では圧延時の潤滑性を向上する目的で粘度の高い各種圧延油が用いられるため圧延油の濃度むらや部分的な油付着による、圧延後の外観不良の問題がある。さらに、圧延圧下率が高い場合、圧延により鋼板が伸ばされるため、鋼板の幅方向と圧延方向の耐力差が大きくなる。
これに対して、2回目の冷間圧延での圧下率を低く抑える方法が考えられる。しかし、圧下率を低くした場合は、必要とする耐力を得ることが困難となる。
以上のように、本発明では、上記知見に基づき成分を管理することで高強度缶用鋼板を完成するに至った。
[1]質量%で、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%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、引張強度TSが500MPa以上、かつ板幅方向と圧延方向の耐力差が20MPa以下である高強度容器用鋼板。
[2]質量%で、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:0.0020〜0.020%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、引張強度TSが500MPa以上、かつ板幅方向と圧延方向の耐力差が20MPa以下である高強度容器用鋼板。
[3]質量%で、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%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼を、仕上げ温度:(Ar3変態点温度−30)℃以上、巻き取り温度:400〜750℃で熱間圧延し、酸洗、冷間圧延を行った後、過時効処理を含む連続焼鈍を行い、次いで、圧下率:20〜50%で2回目の冷間圧延を行うことを特徴とする高強度容器用鋼板の製造方法。
[4]質量%で、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: 0.0020〜0.020%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼を、仕上げ温度:(Ar3変態点温度−30)℃以上、巻き取り温度:400〜750℃で熱間圧延し、酸洗、冷間圧延を行った後、過時効処理を含む連続焼鈍を行い、次いで、圧下率:20〜50%で2回目の冷間圧延を行うことを特徴とする高強度容器用鋼板の製造方法。
なお、本明細書において、鋼の成分を示す%は、すべて質量%である。また、本発明において、「高強度容器用鋼板」とは、引張強度TS(以下、単にTSと称することがある)が500MPa以上である容器用鋼板である。
さらに、本発明の高強度容器用鋼板は、容器用素材、缶用素材を対象とする。表面処理の有無は問わず、錫めっき、ニッケル錫めっき、クロムめっき(いわゆるティンフリーめっき)あるいは、さらに有機被覆などを施され、極めて広範囲な用途に適用可能である。
さらに、板厚については特に限定しないが、本発明を最大限に活かし効果を得る点からは板厚0.30mm以下、さらに0.20mm以下が好ましい。とくに好ましいのは0.170mm以下である。
さらに、本発明では、P含有量を調整し、かつ2回目の冷間圧延での圧下率を20〜50%として高強度化し、圧延後の外観の問題や幅方向と圧延方向での耐力差の問題が解消される。
また、N成分を好適範囲である0.01%未満とすることで、スラブ割れを防止し、製品での歩留まり低下を抑えることができる。
本発明の容器用鋼板は、TSが500MPa以上、板幅方向と圧延方向の耐力差が20MPa以下の高強度容器用鋼板である。そして、本発明では、P含有量を調整し、かつ、2回目の冷間圧延(以下、2次冷間圧延と称することもある)での圧下率を20〜50%とすることにより高強度の容器用鋼板の提供が可能となる。
C:0.01〜0.05%
C成分が多いと2次冷間圧延後の鋼板を必要以上に硬質化させ、製缶性やネック加工性を劣化させる。また、溶接部の顕著な硬質化によりフランジ加工時にHAZ割れを生じさせる元素となる。Cが0.05%を超えると、これらの影響が顕著になるので、Cは0.05%以下とする。一方、C成分が極端に低くなると容器の強度を維持するために高圧下率の二次冷間圧延を施すことが必要になるためCは0.01%以上とする。好ましくは0.02%以上0.04%以下、さらに、好ましくは0.02%以上0.03%以下とする。
Siを多量に添加すると表面性状の劣化、耐食性の劣化などが生じる。よって、Siは0.04%以下とする。
MnはSによる熱間割れを防止するのに有効な元素である。そして、S量に応じて添加することにより、割れを防止する効果が得られる。また、結晶粒を微細化する作用も有している。これらの効果を発揮するためには、少なくともMnは0.1%以上の添加が必要となる。一方、多量に添加すると、耐食性が劣化する傾向を示すとともに鋼板を必要以上に硬質化させ、フランジ加工性、ネック加工性を劣化させるため、上限は1.2%とする。0.35%以下とするのが好ましい。
Pは、鋼を硬質化させる成分であり、本発明においては求められる強度に応じて所定量を含有する。0.0020%未満では、500MPa以上のTSが得られないので、0.0020%以上とする。一方、P成分を必要以上に過剰な量含むことは耐食性を劣化させる。また、フランジ加工性やネック加工性を劣化させる。これらは0.100%を超えると顕著になるので、上限は0.100%とする。0.0020〜0.020%とすると、P添加による適度な強度と後述する二次冷間圧延の効果により、より高い強度が得られるので好ましい。
Sは鋼中で介在物として存在し、鋼板の延性を減少させさらに耐食性を劣化させる元素である。そのため、0.10%以下とする。好ましくは0.030%以下である。
Alは鋼の脱酸に必要な元素である。その量が0.001%未満では脱酸が不十分となり、介在物によるフランジ加工性の劣化やネック加工性の劣化を招く。よって、0.001%以上とする。一方、AlはN成分と結合し、固溶Nを低減させるが、固溶Nが過度に減少すると必要な強度が得られなくなる。よって、0.100%以下とする。0.035〜0.075%とするのが好ましい。
Nは、溶接部の硬さ上昇を招くことなく強度を高めるのに有用な元素である。しかし、含有量が多過ぎると鋼板が著しく硬質化し、圧延素材(スラブ)に割れ欠陥を発生する危険性が顕著に増大し、かえってフランジ加工性やネック加工性を劣化させる。よって、Nは0.10%以下とする。0.05%以下とするのが好ましい。また、スラブ割れ防止の観点から、より好ましくは0.01%未満とする。さらにより好ましくは0.005%以下である。このように、Nを低減することで、スラブ割れを低減することができ、スラブ手入れの必要がなく歩留まりを向上させることができる。
上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。なお、不可避的不純物としては、例えばSn:0.01%以下が許容できる。
上記した組成の溶鋼を転炉等を用いた通常公知の溶製方法により、溶製し、ついで、連続鋳造法等の通常公知の鋳造方法で圧延素材(スラブ)とする。ついで、これら圧延素材を用い、熱間圧延により熱延板とする。
スラブ抽出温度:1050〜1300℃(好適条件)
スラブの抽出温度を1050℃以上とすると、次工程の熱延において、十分に高い熱延終了温度を確保することができる。一方、抽出温度を1300℃以下とすると最終的に鋼板の表面性状が劣化することがない。よって、スラブ抽出温度は1050℃以上1300℃以下が好ましい。
熱間圧延終了温度は、後続工程の冷間圧延性、そして製品特性を良好にするために、
(Ar3 変態点−30)℃以上とすることが必要である。(Ar3 変態点−30)℃未満では、最終的な製品の金属組織が粗粒化して、製缶時に肌荒れが生じやすくなる。また、熱間圧延終了温度が低温になるとリジング現象が発生し、成形加工後の外観不良が生じやすくなる。従って、熱間圧延終了温度は(Ar3 変態点−30)℃以上とする。
巻き取り温度が低過ぎると熱延板の形状が劣化し、次工程の酸洗、冷間圧延の操業に支障をきたすため、400 ℃以上とする。一方、高くなり過ぎると熱延母板の段階で窒化アルミが析出し、強化に十分な固溶Nを確保することができなくなる。また、熱延母板中に炭化物が凝集した組織が形成され、後述する過時効による炭化物の均一析出の効果を得ることができなくなり、加えて、これが鋼板の耐食性に悪影響を与える。さらに、鋼板表面に生じるスケ−ル厚の増大に伴い酸洗性が劣化する。これらの不具合を回避するために、750 ℃以下とする必要がある。
圧下率が80%未満では焼鈍後に組織の充分な細粒化が得られない場合があるので80%以上が好ましい。なお、本発明のような素材の鋼板で、組織の充分な微細化を達成するためには、圧下率は85%以上がより好ましい。一方、圧下率の上限については特に定める必要はなく、熱間圧延、冷間圧延の設備列の能力等を考慮し適宜設定される。
鋼板中に未再結晶組織が残存すると、製缶時の成形性不良、外観不良等を招くので連続焼鈍により再結晶処理を施す必要がある。しかし、焼鈍温度を過度に高めると連続焼鈍時にヒートバックルや板破断等の欠陥を生じる。そして、異常な結晶粒成長により、外観特性の劣化を招く危険性が高くなる。よって、焼鈍温度は800 ℃以下の再結晶温度域で行うことが好ましい。
前記焼鈍により析出した炭化物をさらに均一に分散させ、応力分散サイトを効果的にするために過時効処理を行うことが必要である。過時効処理は前記焼鈍のあと、300〜500℃の温度域まで10℃/s以上の冷却速度で冷却し、300〜500℃の温度域で5s以上保持することが好ましい。300〜500℃の温度域まで10℃/s以上の冷却速度で冷却することにより炭化物が析出しやすくなり、300〜500℃の温度域で5s以上保持すると均一な炭化物の析出を確保することができる。また、このような過時効処理を行うことにより、以下に示す2回目の冷間圧延を20〜50%の圧下率で行っても板幅方向と圧延方向の耐力差を20MPa以下とすることが可能となる。このような条件で過時効処理を行うことで、粒径1.5μm以下および粒径1.5μm超3.0μm以下の炭化物の密度および割合を後述する好ましい範囲とすることができる。
連続焼鈍後の2回目の冷間圧延(以下、2次冷間圧延と称することもある)は、溶接缶の耐圧強度すなわち鋼板の降伏強度を確保するために必要である。特に、本発明のP含有量を調整した素材に用いる場合を考慮すると、2次冷間圧延の圧下率は少なくとも20%は必要である。一方、圧下率が50%超では、材質特性の異方性が大きくなり、板幅方向と圧延(圧延)方向の耐力差が20MPa超となる。また、新板取り法(鋼板の圧延方向が缶胴の軸方向に平行となるような板取り法)におけるフランジ加工性やネック加工性を顕著に劣化させる。さらに、製缶時の溶接によって、歪みの開放量が大きくなり、溶接熱影響部における軟化が著しくなるために、フランジ割れが発生し易くなる。よって、50%以下とする。好ましくは20%以上30%以下であるが、P含有量と目的とする鋼板強度に応じて適宜選択すればよい。具体的には、P含有量が0.020%超0.100%以下と高い場合には比較的低い圧下率とすることが好ましい。
なお、過時効処理条件および2次冷間圧延圧下率は表2および表3に示す通りである。
上記により得られた冷延鋼板をベークライト樹脂に埋め込み、断面を研磨した。次いで、腐食液としてのち、ピクリン酸、水酸化ナトリウムを調合してなるピクリン酸ソーダ溶液を用いて、80℃、60秒で腐食液への浸漬処理を施した。次いで、炭化物を400倍の光学顕微鏡で3視野(0.1375mm×0.1375mm程度の範囲)を観察した。各視野において、目視により、粒径1.5μm以下、粒径1.5μm超3.0μm以下、3.0μm超の炭化物の個数を求め、3視野の密度と割合の平均値を求めた。この時、炭化物の粒径は最小径とし、例えば、炭化物形状が矩形や楕円状で短径と長径が存在する場合は最小径を本発明においては粒径とした。
(i)引張試験
これら冷延鋼板の幅方向の中央部から圧延(L)方向に、JIS 13号-B引張試験片を採取し、歪速度クロスヘッド速度:10mm/s で引張試験を実施し、引張強度TSおよび降伏強度YSを測定した。なお、引張試験は製品化後1日以内に実施した。引張試験片をJIS 13号-B試験片としたのは、標点外で破断する現象を極力低減するためである。
上記(i)の引張試験により測定したYSと、板幅方向に採取したJIS 13号-B引張試験片を(i)と同様に測定したYSとの差を求めた。
これら冷延鋼板にSnめっき処理(片面あたりのSn付着量2.8g/m2)を行い、めっき鋼板とした。このめっき鋼板の表面に、塗装・印刷・透明ニス仕上げを行った後、プレス油を使用せずに前記鋼板を以下の条件でカップ絞り、さらに2度の再絞り加工を施す深絞り成形を100回行い、ネックの絞りしわの発生率を調査した。
深絞り成形条件
ブランク径:200mmφ
潤滑条件:プレス油使用せず
第1絞りの絞り比:1.5
第2絞りの絞り比:1.2
第3絞りの絞り比:1.2
第1〜3絞りのしわ押さえ圧:最適条件
フランジ加工:伸び率8%
再絞りダイス肩半径:0.45mm
加工速度:0.3m/s
(iv)耐フランジ割れ性
(iii)の深絞り成形において、フランジ割れの発生率を調査した。
これら冷延鋼板を目視で観察し、光沢や色調が異なると判断される部分を外観不良とした。観察した100m単位の中に1箇所でも外観不良が確認されればこの100mを外観不良部とし、10000mを観察して外観不良率を求めた。
(vi)スラブ割れ
連続鋳造後のスラブ表面を目視でスラブ割れの状況を観察した。
観察した1m単位の中に割れが1箇所でも確認されればこの1mを外観不良部とし、10mを観察して外観不良率を求めた。得られた結果を条件と併せておよび表3に示す。
一方、過時効処理を行わない比較例のNo.1、2、19、20は二次冷間圧延の圧下率が低く強度が得られない。No.3〜5、21〜23は二次冷間圧延の圧下率が20%以上であり強度は高くなるが、L方向とC方向の耐力差が20MPaを超え、ネックしわやフランジ割れの発生が顕著である。また、外観の不良も発生している。
また、二次冷間圧延の圧下率が20%未満のNo.6、7、11、12、24、25、29、30は強度が得られない。
Claims (4)
- 質量%で、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%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、引張強度TSが500MPa以上、かつ板幅方向と圧延方向の耐力差が20MPa以下である高強度容器用鋼板。
- 質量%で、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:0.0020〜0.020%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、引張強度TSが500MPa以上、かつ板幅方向と圧延方向の耐力差が20MPa以下である高強度容器用鋼板。
- 質量%で、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%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼を、仕上げ温度:(Ar3変態点温度−30)℃以上、巻き取り温度:400〜750℃で熱間圧延し、酸洗、冷間圧延を行った後、過時効処理を含む連続焼鈍を行い、次いで、圧下率:20〜50%で2回目の冷間圧延を行うことを特徴とする高強度容器用鋼板の製造方法。
- 質量%で、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: 0.0020〜0.020%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼を、仕上げ温度:(Ar3変態点温度−30)℃以上、巻き取り温度:400〜750℃で熱間圧延し、酸洗、冷間圧延を行った後、過時効処理を含む連続焼鈍を行い、次いで、圧下率:20〜50%で2回目の冷間圧延を行うことを特徴とする高強度容器用鋼板の製造方法。
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