JP3565131B2

JP3565131B2 - ロールフォーミング性に優れた３ピース缶用鋼板

Info

Publication number: JP3565131B2
Application number: JP2000092767A
Authority: JP
Inventors: 英輔堀田; 克己小島
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: JP2001279372A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロールフォーミング性に優れる3ピース缶用鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板表面に錫めっきを施したぶりきや金属クロム、クロム酸処理を施したティン・フリー・スチールは、缶用鋼板として食缶、飲料缶、エアゾール缶などに使用されている。このティン・フリー・スチール缶には蓋、胴、底からなる３ピース缶と胴と底が一体となる２ピース缶があるが、いずれも近年のＰＥＴボトルやアルミ缶等との競争激化により製缶コストの低減が要求されている。特に３ピース缶においては、素材コスト低減のために缶胴用鋼板の板厚ゲージダウンが要求されている。しかし、缶胴用鋼板の板厚ゲージをダウンしていくとスプリングバックの影響が大きくなるため、ロールフォーミング性は低下する。
【０００３】
また、薄肉化による缶体強度低下を防止する目的で、薄肉化と同時に鋼板の硬質化が行われている。この硬質化により強度（ＹＰ）が上昇した場合もスプリングバックの影響が大きくなるためロールフォーミング性は低化する。
【０００４】
また、従来、ロールフォーミングはコイル長手方向にされていたが、近年、板取り歩留り向上のためにコイル幅方向にロールフォーミングされることが増えてきている。一般にコイル幅方向の方がコイル長手方向に比べてＹＰが大きいことから、コイル幅方向にロールフォーミングする場合もスプリングバックの影響が大きくなりロールフォーミング性の面で不利になる。
【０００５】
このようにロールフォーミング性を低下させる要因が数多くある一方で、ロールフォーミング性の向上のためには、現在のところ、製缶メーカーではロールフォーミング装置の改造や調整により対応するしか方法がなく、生産性向上の妨げになっている。
【０００６】
一方、素材側の対応としては、鋼板の軟質化によるＹＰの低減が唯一の手段である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、鋼板を加工硬化しない完全弾塑性体と仮定すると、一般にスプリングバックとＹＰとの間には下式が成立つ。
Δθ／θ＝３（ＹＰ・ｒ）／（Ｅ・ｔ）−４［（ＹＰ・ｒ）／（Ｅ・ｔ）］^３・・・・・・（１）
ここで、Δθ：スプリングバック角度、θ：曲げ角度、ＹＰ：降伏応力、ｒ：曲げ半径、Ｅ：ヤング率、ｔ：板厚
【０００８】
このように、上式によれば、ロールフォーミング性向上に対して制御可能な鋼板材質因子はＹＰの他になく、ＹＰを下げずにロールフォーミング性を向上させることはできない。
【０００９】
しかしながら、近年ゲージダウンが進んだことにより缶体強度確保しなければならず、ＹＰを下げることは実質困難になってきている。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、ゲージダウンに伴い顕在化するロールフォーミング性の低下の問題を、ＹＰを下げることなく解決し、ロールフォーミング性に優れた３ピース缶用鋼板を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく研究を重ねた結果、以下の知見を得た。３ピース缶用鋼板において、ロールフォーミング加工前に通常よりも大きな残留応力を付与することにより、その方向の応力歪み曲線を変えることができる。すなわち、圧縮残留応力の存在する部位に引張応力を与える場合、または、引張残留応力に存在する部位に圧縮応力を与える場合、その部位のＹＰは素材本来のＹＰと残留応力の和になる。また、引張残留応力の存在する部位に引張応力を与える場合、または、圧縮残留応力の存在する部位に圧縮応力を与える場合、その部位のＹＰは素材本来のＹＰと残留応力の差になる。鋼板の表面と板厚中心部に異なる残留応力を付与した場合、表面のＹＰと板厚中心部のＹＰは異なってくる。そして、鋼板全体のＹＰで見た場合、応力歪み曲線上でのＹＰが見かけ上低下し、結果として弾性域と塑性域の境界付近での変形応力が低下することになる。ロールフォーミング加工では、弾性域と塑性域の境界付近の変形となる部位が多く存在するため、もはや前記スプリングバックとＹＰとの関係式は成立せず、変形応力低下の効果でスプリングバックが低下し、その結果としてロールフォーミング性は向上する。
【００１２】
本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、上記課題は以下の発明により解決される。
【００１３】
[1] 重量％で、 C ： 0.001 〜 0.08 ％、 Si ： 0.04 ％以下、 Mn ： 0.05 〜 0.5 ％、 P ： 0.05 ％以下、 S ： 0.03 ％以下、 sol.Al ： 0.01 〜 0.1 ％、 N ： 0.002 〜 0.02 ％を含有し、残部 Fe 及び不可避的不純物からなり、コイル幅方向において、鋼板表面における引張または圧縮残留応力と鋼板の板厚中心部における引張または圧縮残留応力との差：Δ≧80MPaであることを特徴とするロールフォーミング性に優れた3ピース缶用鋼板。
【００１５】
[2] 上記[1]において、さらに、重量％で、Nb：0.002〜0.06％、Ti：0.002〜0.06％のいずれか1種もしくは2種を含有することを特徴とするロールフォーミング性に優れた3ピース缶用鋼板。
【００１６】
[3] 上記[1]または[2]において、さらに、重量％で、B：0.0005〜0.005％を含有することを特徴とするロールフォーミング性に優れた3ピース缶用鋼板。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について具体的に説明する。
まず、鋼板の残留応力について説明する。
表１に示すアルミキルド鋼スラブに対して熱間圧延、冷間圧延を行った後、連続焼鈍を行い、焼鈍後の降温速度を表面と裏面で差をつけることにより、通常より大きな内部残留応力を付与した。次いで、通常の調質圧延または２次冷間圧延を行った後、ローラーレベリングにより圧延方向の内部残留応力のみを低減し、コイル幅方向にのみ通常よりも大きな内部残留応力を有するめっき原板を得た。ここで、通常の調質圧延を行っためっき原板をシングル・レデュース（以下ＳＲと略す）、２次冷間圧延を行っためっき原板をダブル・レデュース（以下ＤＲと略す）と称す。
【００１８】
【表１】

【００１９】
上記で得られためっき原板を、続いて、通常のめっき、塗装、焼付けを施し供試材１〜４を作成した。また、通常より大きな内部残留応力を付与することなしに、供試材と同じアルミキルド鋼スラブから熱間圧延、冷間圧延、連続焼鈍、調質圧延を施し、さらにめっき、塗装、焼付けを行った鋼板を比較材１〜４として作製した。
【００２０】
得られた供試材及び比較材について、コイル幅方向が長辺になるように、幅１０ｍｍ、長さ１００ｍｍに剪断し、さらに片面のみにシールテープを貼り、１規定の塩酸中での電気分解により表面のめっき層を除去し、これらを残留応力測定用のサンプルとした。さらに、しゅう酸と過酸化水素水の混合液に浸すことにより、片面のみ０．００５ｍｍずつ化学研磨した。片面のみ化学研磨していくと、内部残留応力のバランスがくずれ、サンプルに反りが生じるので、その反りの曲率を測定した。この作業を供試材、比較材とも、鋼板板厚が半分以下になるまで繰り返した。得られた結果より、化学研磨厚みと反り曲率の関係を求め、その結果を計算処理（板厚ｔの鋼板の表層深さａまで化学研磨した場合の曲率をφ（ａ）とすると、深さ（ａ）の残留応力σ（ａ）は、σ（ａ）＝Ｅ／６＊［（ｔ−ａ）^２＊ｄφ（ａ）／ｄａ − ４（ｔ−ａ）＊φ（ａ）＋２∫^ａ _０φ（ｘ）ｄｘ］で表される。）することにより、サンプルの表面からの深さ位置毎の内部残留応力を求めた。図１に深さ位置と残留応力の関係を示す。
【００２１】
図１によれば、供試材は、比較材に比べ、鋼板表面と板厚中心部との残留応力の差が大きくなっていることがわかる。
【００２２】
続いて、表１に示すアルミキルド鋼スラブＮｏ１に対して熱間圧延、冷間圧延を行った後、連続焼鈍を行い、表面と裏面での焼鈍後の降温速度を種々変化させ、さまざまな内部残留応力を付与した鋼板を得た。次いで、通常の調質圧延を行った後、ローラーレベリングにより圧延方向の内部残留応力のみを低減し、コイル幅方向にのみ通常よりも大きな内部残留応力を付与して、板厚が約０．１９ｍｍ、ＹＰが約４３０ＭＰａの、さまざまな残留応力を有するめっき原板を作製した。得られためっき原板を、続いて、通常のめっき、塗装、焼付けを施し供試材を作成した。さまざまな残留応力を付与した供試材を用い、溶接缶用のブランクの寸法に剪断し、コイル幅方向について、実際のロールフォーミング加工を行い、巻幅を測定した。ここで、残留応力が約０ＭＰａの場合に、巻幅が０ｍｍになるように、ロールフォーマーを調整して行った。図２に表面と板厚中心部との残留応力の差（Δ）と巻幅の関係を示す。ここで、巻幅は、図３に示すように、ロールフォーミング加工により丸まったブランクの一端と反対側の端の間隔を巻幅として定義した。ブランクの端同士に重なりが生じた場合は、重なり幅を巻幅として負の値で表すものとする。また、図２において、引張残留応力は正の値で、圧縮残留応力は負の値で示し、表面の残留応力から板厚中心部の残留応力を引いた差の絶対値を残留応力の差（Δ）と定義した。
【００２３】
図２より、残留応力の差が大きくなるにつれ徐々に巻幅が小さくなっていき、８０ＭＰａで約４ｍｍ巻幅が低減され、ロールフォーミング効果が得られる。また、巻幅差４ｍｍというのは、板厚差０．００５ｍｍにより生じる巻幅差にほぼ等しく、例えば、実際の製缶工程において、板厚が０．００５ｍｍ異なる２種類の鋼板をロールフォーミングする場合に、板厚の薄い方の鋼板に残留応力８０ＭＰａを付与しておけば、２種類の鋼板は同等の巻幅を示す。よって、ロールフォーマーの装置調整をすることなしに、連続してロールフォーミングすることが可能になる。一方、付与する残留応力の差が８０ＭＰａ未満の場合、巻幅低減量が４ｍｍ未満になるため、ロールフォーミング効果が少ない。以上より、鋼板表面と板厚中心部との残留応力の差を８０ＭＰａ以上に限定する。
【００２４】
本発明において、鋼板表面から０．００５ｍｍの位置より鋼板板厚の１／４の深さの位置までの範囲での残留応力の最大値を鋼板表面の残留応力と定義する。ここで、最表層０．００５ｍｍを除いた理由は、最表層では特異点的な残留応力を示すことがあるからである。
【００２５】
また、鋼板表面から鋼板板厚の１／２の深さ位置における残留応力を鋼板中心部の残留応力と定義する。
【００２６】
次に、鋼成分限定理由について説明する。
Ｃ量が０．００１％未満になると極端に軟質化し強度の確保が困難である。また０．０８％を超えると粗大なセメンタイトが析出しフランジ加工性を低下させるので缶用鋼板としてはふさわしくない。よって、Ｃ量は０．００１〜０．０８％が好ましい。
【００２７】
Ｓｉは耐食性を劣化させるため極力少ない方が望ましいが、不可避的に混入するため、上限を０．０４％とするのが好ましい。
【００２８】
Ｍｎは熱間圧延コイルの耳割れを防ぐために必要な元素であり、その効果を発揮するために下限を０．０５％とするのが好ましい。しかし、含有量が多いと製缶時の加工性を劣化させるため、上限を０．５％とするのが好ましい。
【００２９】
Ｐは耐食性を劣化させる。０．０５％超えでその影響が顕著となるので、上限を０．０５％とする。
【００３０】
Ｓは熱間圧延コイルの耳割れの原因になり、また介在物を生じさせてフランジ加工性低下の原因にもなるので、上限を０．０３％とするのが好ましい。
【００３１】
ｓｏｌ．Ａｌは溶鋼の脱酸を目的に添加されるが、ｓｏｌ．Ａｌの状態で０．０１％未満では十分な効果が得られず、一方、０．１％を超えるとその効果が飽和し、非金属介在物を増加させる。以上より０．０１〜０．１％とするのが好ましい。
【００３２】
Ｎは鋼板強度を上昇させる効果があるが、０．０２％超では、延性の低下を引き起こしフランジ加工性の面で好ましくない。一方、０．００２未満では軟質化し必要な強度の確保が困難になるため好ましくない。よって、Ｎ量は０．００２〜０．０２％とするのが好ましい。
【００３３】
本発明では、さらに、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｂを含んでも良い。
Ｎｂは、炭素の固着により時効性を低減させる効果があるが、０．００２％未満ではその効果が小さくなりすぎる。一方、０．０６％を超えると組織の均一性に悪影響を及ぼす。以上より、０．００２〜０．０６％とするのが好ましい。
【００３４】
Ｔｉは、Ｎｂと同様の効果があるが、０．００２％未満では効果が小さくなりすぎ、０．０６％超えでは効果が飽和するので、０．００２〜０．０６％とする。
【００３５】
Ｂは、組織均一性を向上させる効果があるが、０．０００５％未満ではその効果が不足し、０．００５％超えでは加工性の劣化につながるため、０．０００５〜０．００５％とするのが好ましい。
【００３６】
また板厚に関しては、０．３ｍｍを超えた場合にロールフォーミング性の問題が生じることは稀であり、最近の缶用鋼板のゲージダウンの傾向を考慮すると、０．３ｍｍ以下が好ましい。
【００３７】
また、本発明のロールフォーミング性に優れた３ピース缶用鋼板の製造方法は残留応力が本発明範囲内であればよく、特に限定されない。
【００３８】
なお、残留応力は表面処理を施すことによる影響を殆ど受けないため、本発明の効果は冷延鋼板に表面処理を施すかどうかに拘わらず得られるものであり、本発明の対象は冷延鋼板かめっき等を施した表面処理鋼板（めっき鋼板）かどうかは問わない。すなわち、通常行われる冷延鋼板に錫めっき等を施しためっき鋼板、めっき後に塗装やラミネートを施した表面処理鋼板も本発明に含まれる。また、めっきの種類は問わず、金属クロム、クロム酸処理等のめっきでも良い。
【００３９】
さらに、本発明では、コイル幅方向の残留応力を限定しているが、コイル長手方向の残留応力は限定されない。
【００４０】
【実施例】
表１に示したアルミキルド鋼スラブに対して熱間圧延、冷間圧延を行った後、連続焼鈍を行い、焼鈍後の降温速度を表面と裏面で差をつけることにより、通常より大きな内部残留応力を付与した。次いで、通常の調質圧延または２次冷間圧延を行った後、ローラーレベリングにより圧延方向の内部残留応力のみを低減し、コイル幅方向にのみ通常よりも大きな内部残留応力を有するＳＲとＤＲのめっき原板を得た。上記で得られためっき原板を、続いて、通常のめっき、塗装、焼付けを施し実施例１〜４を作成した。
【００４１】
また、供試材と同じアルミキルド鋼スラブを用い、熱間圧延、冷間圧延を行い、次いで、通常より大きな内部残留応力を付与することなしに、連続焼鈍、調質圧延を施し、さらにめっき、塗装、焼付けを行った鋼板を比較例１〜４として作製した。
【００４２】
ＹＰは、調質圧延後に引張試験を行い測定した。また、残留応力は調質圧延後の残留応力とし、図１と同様の方法により求めた。
【００４３】
上記により得られた鋼板を溶接缶用のブランクの寸法に剪断し、コイル幅方向について、各Ｎｏ毎に比較例の巻幅が０になるようにロールフォーマーを調整しロールフォーミング加工を行い巻幅を測定した。ここで、巻幅の測定方法は図３と同様である。
【００４４】
得られた結果を鋼板成分等と併せて表２に示す。
【００４５】
【表２】

【００４６】
表２より、実施例では残留応力の差が本発明範囲内にあるので、巻幅が小さく、ロールフォーミング性に優れていることがわかる。
【００４７】
一方、比較例では残留応力の差が本発明範囲を外れるので、実施例に比べて巻幅が大きくなっている。
【００４８】
また、板厚、強度の異なる４種類の鋼板、いずれの場合においても比較例に比べて実施例は巻幅が小さく、スプリングバックの影響を受けずにロールフォーミング性に優れていることがわかる。
【００４９】
【発明の効果】
以上本発明によれば、ロールフォーミング性に優れた３ピース缶用鋼板を得ることができる。また、ＹＰを下げることなくロールフォーミング性が向上するので、ゲージダウンによって、あるいはゲージダウンと同時に缶体強度を確保する観点から鋼板を硬質化してもロールフォーミング性に悪影響を与えることはなく、製缶コストの低減が要求される３ピース缶用鋼板として好適である。さらに、ロールフォーミング工程において装置調整・改造を不要とするので、効率良く生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】深さ位置と残留応力の関係を示す図である。
【図２】表面と板厚中心部との残留応力の差（Δ）と巻幅の関係を示す図である。
【図３】巻幅の測定方法を示す図である。

Claims

重量％で、 C ： 0.001 〜 0.08 ％、 Si ： 0.04 ％以下、 Mn ： 0.05 〜 0.5 ％、 P ： 0.05 ％以下、 S ： 0.03 ％以下、 sol.Al ： 0.01 〜 0.1 ％、 N ： 0.002 〜 0.02 ％を含有し、残部 Fe 及び不可避的不純物からなり、コイル幅方向において、鋼板表面付近における引張または圧縮残留応力と鋼板の板厚中心部における引張または圧縮残留応力との差：Δ≧80MPaであることを特徴とするロールフォーミング性に優れる優れた3ピース缶用鋼板。
請求項 1 に記載の鋼板においてさらに、重量％で、 Nb ： 0.002 〜 0.06 ％、 Ti ： 0.002 〜 0.06 ％のいずれか 1 種もしくは 2 種を含有することを特徴とする請求項 1 に記載のロールフォーミング性に優れる優れた 3 ピース缶用鋼板。
さらに、重量％で、 B ： 0.0005 〜 0.005 ％を含有することを特徴とする請求項 1 または 2 に記載のロールフォーミング性に優れた 3 ピース缶用鋼板。