JP4299858B2 - 容器用鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2004年1月19日出願の特願2004−011139号を基礎出願とし、その内容を取り込むものとする。
色調、表面被覆密着性、溶接性に対して鋼板表面の状態が大きな影響を及ぼすことが知られており、例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3等に開示されている。また、表面粗度の制御方法が特許文献4に開示されている。これらの例では、表面状態の制御を行うために製造条件を精緻に制御する必要があるため、生産性の低下が避けられない。また、これらの例に示される制御方法では、本発明が目的とする極薄素材で成形した容器の色調、表面被覆密着性、溶接性を必ずしも十分に向上させることができなかった。
すなわち、冷間圧延後に窒化処理を行って鋼中の窒素量を増加させる場合、単に表面硬度を造り分けただけでは缶の色調、表面被覆密着性、溶接性がそれほど向上するものではないが、本発明では、成分、特にN量を特定範囲に限定し、さらに窒化条件を最適化することにより、材料表層部の特に最表面の窒化物形態を好ましく制御することが可能となっている。また、これによって鋼板表面の凹凸等も変化させることが可能となるので、結果として、極薄素材を用いた缶の色調、表面被覆密着性、溶接性を向上させることが可能としている。本発明の各態様によれば、その条件およびその制御方法が提供可能である。
本発明にかかる容器用鋼板の第2の態様は、(鋼板の表面位置における窒化物面積率)/(鋼板の板厚1/4の断面位置における窒化物面積率)が1.5以上であることにある。
本発明にかかる容器用鋼板の第3の態様は、表面における直径0.1μm以上の独立した窒化物の数が0.001個/μm2以上である。
本発明にかかる容器用鋼板の他の態様によれば、表面粗度を、Raで0.90μm以下、かつ、長さ1インチあたりの凹凸のピーク個数であるPPIで250以上としてもよい。更に、質量%で、Ti:0.08%以下、Nb:0.08%以下、B:0.015%以下、Ni:5.0%以下、Cu:2.0%以下、Cr:2.0%以下の一種または二種以上を含有してもよい。更に、質量%で、Sn、Sb、Mo、Ta、V、Wの合計で0.1%以下を含有してもよい。
本発明にかかる容器用鋼板の製造方法の態様では、鋼が、C:0.0800%以下、N:0.0300%以下、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.10%以下、S:0.05%以下、Al:2.0%以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなるものとしてもよい。この鋼を冷延後、再結晶焼鈍と同時またはその後に窒化処理を行って、N量を0.0002%以上増加させ、鋼板の表面における窒化物の面積率を1.0%以上とする。さらに、鋼板のN:0.600%以下とする。ただし、窒化処理は、アンモニアガスを0.02%以上含有する雰囲気中で、板温度が550〜800℃となるように0.1秒以上かつ360秒以下保持するものとする。
本発明にかかる容器用鋼板の製造方法の更なる他の態様によれば、鋼を、冷延後、再結晶焼鈍と同時またはその後に窒化処理を行って、N量を0.0002%以上増加させ、鋼板表面における直径0.1μm以上の独立した窒化物を0.001個/μm2以上としてもよい。さらに、鋼板のN:0.600%以下とする。ただし、窒化処理は、アンモニアガスを0.02%以上含有する雰囲気中で、板温度が550〜800℃となるように0.1秒以上かつ360秒以下保持するものとする。
本発明の他の例では、再結晶焼鈍と同時またはその後に窒化処理を行うに際し、(窒化開始時の板温度(℃)−550)/(窒化開始時のアンモニアガス濃度(%))<150とする。
本発明にかかる容器用鋼板の他の態様によれば、少なくとも一部の板厚が0.400mm以下である少なくとも1つの容器用の鋼板であって、C:0.0800%以下、N:0.600%以下、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.10%以下、S:0.05%以下、Al:2.0%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物から成る組成で、(窒化処理後の鋼板表面位置における窒化物面積率)/(窒化処理前の鋼板表面位置における窒化物面積率)が1.5以上である。
この場合、前記少なくとも一部における表面粗度がRaで0.90μm以下であり、前記少なくとも一部の領域における長さ1インチあたりの厚みの凹凸ピーク数であるPPIが250以上であってもよい。
また、Ti:0.08%以下、Nb:0.08%以下、B:0.015%以下、Ni:5.0%以下、Cu:2.0%以下、Cr:2.0%以下のうちの少なくとも1つを含有してもよい。
また、Sn、Sb、Mo、Ta、V、Wの合計で0.1%以下を含有してもよい。
C量の上限は、加工性の劣化を回避するために必要であり、C:0.0800%以下とする。好ましくは0.0600%以下、さらに好ましくは0.040%以下とするのがよい。
窒化により焼鈍後にCと同様の性質を有するNを増量させる本発明の実施形態に係る鋼では、強度確保などの観点で必要となるC含有量は、低くても構わない。C:0.0050%以下でも必要な強度確保が可能であり、0.0020%以下でも構わない。0.0015%以下とすれば、窒化量との兼ね合いもあるが、通常の容器材料では規格外となる極軟質材の製造も可能となる。r値を向上させることで絞り成形性が高くなるので、窒化前のC量は低い方が好ましい。
最終製品のN量の上限も、C同様、加工性の劣化を回避するために必要であり、N:0.600%以下とするのがよい。好ましくはN:0.200%以下、さらに好ましくはN:0.150%以下、さらに好ましくはN:0.100%以下とするのがよい。ただし、本発明の態様の効果を得るためには、少なくとも鋼板表面に相当量の窒化物を形成するだけのNが必要である。このN量に関して言えば、板厚方向にどの程度のN分布を生じさせるかにもよるが、通常の窒化を用いる場合には、当然ながらN量が窒化処理前よりも増加していることが必要であり、特に本発明では0.0002%以上増加させている。これは、N増加量としては非常に小さく見えるが、鋼板表面のN増加量を考えると非常に大きなものである。
すなわち、鋼板表面成分に相当する厚さを、例えば板厚の1/100、0.20mmの鋼板の場合で言うと2μmの厚さ部分が表層部であると仮定した場合、板厚平均でN含有量が0.0002%増加するということは、表層部で0.0100%のN量増加があったことになる。このN増加量が多いほど、本発明で必要とする表面での窒化物量が増えることになるので、好ましくは0.0005%以上、さらに好ましくは0.0010%以上、さらに好ましくは0.0020%以上、さらに好ましくは0.0050%以上、さらに好ましくは0.0100%以上、さらに好ましくは0.0200%以上、さらに好ましくは0.0400%以上とするのがよい。特に、0.0100%以上とすると、鋼板表面のN量が非常に高く、必要とする窒化物の量も十分となり、本発明の効果が安定して得られるようになる。ただし、N増加量があまりに過剰になると、鋼板表面のみならず鋼板内部にも厚く粗大な窒化物が多数形成されてしまうため、加工性を劣化させるばかりでなく、表面欠陥となる場合もあり得るので、注意が必要である。このような理由により、鋼板平均のN含有量の上限を超えないようにすべきである。
窒化前のN量の上限も、C同様、加工性の劣化を回避するために必要であり、N:0.0300%以下とするのがよい。好ましくはN:0.0200%以下、さらに好ましくはN:0.0150%以下、さらに好ましくはN:0.0100%以下、さらに好ましくはN:0.0050%以下、さらに好ましくはN:0.0030%以下とするのがよい。r値を向上させることで絞り成形性が高くなるので、窒化前のN量は低い方が好ましい。注意を要するのは、後述のように、焼鈍後の窒化によって含有させたNは、良好な缶の色調、表面被覆密着性、溶接性を付与するために存在するものであり、焼鈍前に存在するNとは効果が異なることである。
Mnは、強度調整のために添加されるが、多すぎると加工性が劣化するため、2.0%以下とするのがよい。成形性を高く保つ意味では、Mn量は低い方が好ましく、0.6%以下、さらには0.2%以下とすることで成形性が向上する。
Pは、強度調整のために添加されるが、多すぎると加工性が劣化するばかりでなく鋼板の窒化を阻害するため、0.10%以下とするのが好ましい。成形性を高く保つ意味においては、P量は低い方が好ましく、0.05%以下、さらには0.01%以下とすることで成形性が向上する。
Sは、熱間延性を劣化させ、鋳造や熱間圧延の阻害要因となるので、0.05%以下とするのがよい。成形性を高く保つ意味においては、S量は低い方が好ましく、0.02%以下、さらには0.01%以下とすることで成形性が向上する。
Alは、脱酸のために添加される元素であるが、含有量が高いと、鋳造が困難になる、表面の疵が増加するなどの害があるため、2.0%以下とするのが好ましい。また、Al量が0.2%以上と高い場合には、窒化により鋼板に浸入したNと結合して鋼中に多量のAlNを形成し、窒化部を硬質化させる効果がある。しかし、その反面、粗大なAlNを形成して脆化を招く場合もあるので、注意が必要である。窒化の程度が低い鋼板板厚中心層部の成形性を高く保つ意味においては、Al量は低い方が好ましく、0.2%以下、さらには0.1%以下とすることで、窒化程度が低い部位の成形性を向上させることができる。
Tiは、鋼板の再結晶温度を上げ、本発明が対象とする極薄鋼板の焼鈍通板性を著しく劣化させるため、0.080%以下とするのがよい。特に、高いr値を必要としない通常の用途ではTiを添加する必要がなく、0.04%以下、さらに好ましくは0.01%以下とするのがよい。また、窒化前に鋼中に固溶しているTiは、窒化によって鋼板に浸入したNと結合して鋼中に微細なTiNを形成し、窒化部を硬質化させる効果が強い。このため、窒化の程度が低い鋼板板厚中心層でも材質の硬質化が必要以上に現れてしまう場合もあるので、軟質な鋼板を得る必要がある場合にはTi量が低い方が好ましく、0.005%以下、さらには0.003%以下とすることで鋼板の不用意な硬質化を抑制することが可能となる。窒化で鋼板表面に形成されるTiNは非常に微細であり、本発明が目的とする表面改質効果が小さいので、これを利用して表面改質効果を高めることも可能である。このことより、本発明に規定の添加量範囲内となるように意識的に添加することも可能である。
Nbも、Tiと同様の影響を有する。Nbは、鋼板の再結晶温度を上げ、本発明が対象とする極薄鋼板の焼鈍通板性を著しく劣化させるため、0.080%以下とするのが好ましい。特に、高いr値を必要としない通常用途では、Nbを添加する必要がなく、0.04%以下、さらに好ましくは0.01%以下とするのが好ましい。また、窒化前の鋼中に固溶しているNbは、窒化によって鋼板に浸入したNと結合して鋼中に微細なNbNを形成し、窒化部を硬質化させる効果が強い。このため、窒化の程度が低い鋼板板厚中心層でも材質の硬質化が必要以上に現れてしまう場合もあるので、軟質な鋼板を得る必要がある場合にはNb量が低い方が好ましく、0.005%以下、さらには0.003%以下とすることで鋼板の不用意な硬質化を抑制することが可能となる。一方、窒化で鋼板表面に形成されるNbNは、非常に微細であり、本発明が目的とする表面改質効果が小さいものの、これを利用して表面改質効果を高めることも可能である。このことより、本発明に規定の添加量範囲内となるように意識的に添加することも可能である。
また、窒化前の鋼中に固溶しているBは、窒化によって鋼板に浸入したNと結合して鋼中に微細なBNを形成し、窒化部を硬質化させる効果が強い。このBNによる表層硬質化を活用する場合には、窒化前の含有B量と含有N量との比をB/N>0.8としておくことが好ましい。この比を1.5以上、さらには2.5以上とすることで、BN形成による硬化が顕著になる。一方、BNの形成が原因となって材質の硬質化が必要以上に現れて成形性を劣化させてしまう場合もあるので、注意が必要である。本発明に係る実施形態の鋼で特にBN形成による硬質化を活用しないのであれば、窒化前の含有N量と含有B量との比をB/N<0.8、さらに厳格にはB/N<0.1とすればよい。一方、窒化によって鋼板表面に形成されるBNは非常に微細であり、本発明の実施形態で目的としている表面改質効果が小さいものの、これを利用して表面改質効果を高めることは可能である。このことより、本発明の実施形態に規定の添加量範囲内となるように意識的に添加することも可能である。
Crは鋼板の再結晶温度を上げる。過剰に添加すると本発明が対象とする極薄鋼板の焼鈍通板性を著しく劣化させる場合がある。この再結晶温度の上昇による焼鈍通板性の低下を回避するにはCr の添加を2.0%以下とすることが好ましく、0.6%以下であれば再結晶温度の上昇が実用的に問題ない程度に抑制できる。
さらに、本発明で規定していない特性を付与するためにSn,Sb,Mo,Ta,V,Wを合計で0.1%以下含有させても、本発明の効果を何ら損ねることはない。
上述の元素のうちのP,B,Sn,Sbは、条件によっては本発明の重要な要件である窒化の効率を低下させる場合があるので、窒化条件との兼ね合いで上限の含有量に注意を払う必要がある。特にSn、Sbは、窒化効率の著しい低下を防ぐために、それぞれ0.06%以下、更に好ましくは0.02%以下とするのが好ましい。
特に、「板厚1/4位置」とは、図1中の対応位置を表す。この「板厚1/4位置」に対応する部位は鋼板の両表面に存在するが、本発明では、そのどちらか一面についてでも本発明の限定範囲に該当するものを対象とする。窒化の方法や窒化前の表面処理、さらには窒化後の何らかの処理等によって表と裏の窒化物分布を変化させることは比較的容易である。本発明の実施形態では、そのような表裏異表層の鋼板についても対象とする。これは、片面のみであっても本発明が目的とする色調、表面被覆密着性、溶接性の向上効果を得ることが可能であるからである。
本発明に係る実施形態では、鋼板表面および鋼板の板厚方向の特定位置における、窒化物に関連する面積率または数密度が規定される。存在する析出物については、電子顕微鏡などの回折パターンや付設されたX線分析機器などで同定が可能である。もちろん化学分析などこれ以外の方法によっても同定が可能である。これらの直径、面積率および後述の数密度は、例えば電子顕微鏡鏡観察で定量が可能である。窒化物サイズおよび面積率と数密度の制御のためには、後述の450〜700℃の温度範囲で、温度と時間およびこの温度域に入る直前の冷却速度などを適当に制御することが有効である。この影響は、通常の条件であれば一般の析出物形成と同様に、高冷速、低温であるほど窒化物サイズが微細かつ高密度となり、長時間化により窒化物サイズが粗大化する。
窒化物の観察方法に特に限定はなく、EDX付走査型電子顕微鏡や他の表面観察装置を用いて直接観察してもよいし、SPEED法によって得られた抽出レプリカ等を観察してもよい。ただし、抽出レプリカ等では、レプリカが鋼板上の観察面のみの情報からなるようにレプリカ作成時に注意を払う必要がある。これは、SPEED法などによる場合、電解抽出量が多すぎると板厚方向の情報が重畳することになり、鋼板を直接観察した場合よりも多くの析出物を観察することになるからである。このため、電解抽出量は鋼板厚さに換算して2μm以内にとどめるべきである。EDXにより分析を行う場合、主として観察される非金属元素がNの場合を窒化物とする。また、大きさが小さいため、Nの特性スペクトルが明瞭ではなくとも、Fe,Ti、Nb、B、Cr等が検出され、なおかつO、S等の明瞭なスペクトルが観察されず、かつ窒化物と特定できる他の析出物との形態比較から窒化物とほぼ断定できる析出物も、本発明における窒化物として考慮に入れる。また析出物の定性に電子線回折パターン等を用いても良い。
本発明の実施形態に係る鋼板の、鋼板1/4厚さ位置断面の観察においては、鋼板の研磨が必要である。鋼板表面の観察においても、表面を清浄にするため、または析出物を明確にして正確な観察を行うために何らかの研磨処理またはエッチング処理を行うことが可能である。鋼板表面を研磨処理またはエッチング処理した場合、観察面は厳密には鋼板表面ではなくなるため、加工を行わないことが好ましいことは言うまでもない。したがって、研磨等を必要としない何らかの方法を選択すべきである。表面を加工する場合も、加工による板厚減少量は2μm程度以下にとどめるべきである。
また、板の表面方向からの観察(二次元的な観察)ではなく、断面方向からの観察(表面および1/4厚さ位置に関する観察は二次元的でなく、一次元的である)により、面積率や数密度、直径等を算出してもよい。画像解析等を用いて窒化物数と直径を求めることもできる。
本発明の実施形態では、鋼板表面の窒化物形態を制御する。例えば、鋼板表面を、鋼とは異なる物質で覆うことによって表面の不均一さを増大させ、目的とする表面状態に関連した特性の向上を図るものである。また、表面状態に関連した特性は、表面に形成される窒化物の形態に依存するため、窒化後の熱履歴、冷却条件等によっても窒化物形態の制御を行うようにしている。このように、本発明の特徴は鋼板表面での窒化物の状態にある。これを限定する方法として、本発明の実施形態では窒化物の面積率を用い、これを1.0%以上に限定する。好ましくは2.0%以上、さらに好ましくは5.0%以上、さらに好ましくは10%以上、さらに好ましくは20%以上、さらに好ましくは40%以上とするのがよく、鋼板表面の全面が窒化物で覆われても問題はない。
ただし、膜状に形成した窒化物は破壊しやすく、製造工程での通板において少なからず破壊する。注意を要するのは、表面の窒化物の膜が非常に厚い場合であり、鋼板の破断の起点になったり、何らかの表面欠陥として認識されたりする場合もある。したがって、N量の過剰な表面濃化は避けるべきである。
本発明では、Raが0.90μm以下、かつPPIが250以上である。Raが高すぎたり、またはPPIが低すぎたりすると、本発明が目的とする色調、密着性、溶接性などの特性が、表面凹凸に起因して劣化する。Raは、好ましくは0.80μm以下、さらに好ましくは0.70μm以下、さらに好ましくは0.60μm以下、さらに好ましくは0.50μm以下とするのがよい。また、PPIは、好ましくは300以上、さらに好ましくはPPIが350以上、さらに好ましくはPPIが400以上、さらに好ましくはPPIが450以上、さらに好ましくはPPIが500以上とするのがよい。定性的には、高さの揃った凹凸が高密度で存在することが好ましい。Raの下限は特に限定されるものではなく、窒化条件や調質圧延条件等により、目的に応じた値に制御される。しかしながら、このRaの下限に0は含まれず、現実的には0.02μm以上である。
これに対し、本発明の実施形態によれば、鋼板の表面状態は調質圧延の方法にほとんど影響されず、圧延ロールの凹凸の摩滅をほとんど管理することなく大量の処理を行うことが可能となる。また、金属めっきの形態についても、特にめっき条件等を精緻に制御することなく非常に微細で形状が揃った金属めっき被覆物を均一に分散させることが可能になる。これにより、鋼板の生産性を大幅に向上させることが可能となっている。一般的に、焼鈍後には調質圧延が行われる場合がほとんどであるが、本発明鋼では、通常の連続焼鈍ライン内を通板させる際のハースロールの曲げによっても鋼板表面に微細な亀裂、凹凸が形成されるため、調質圧延が必須となるものではない。
更に、このような窒化物については、メッキ等の表面処理によって形成される鋼板表面を覆う被覆物質との濡れ性や反応性が、鋼板そのものとは異なっており、これが原因となって目的とする特性が好ましい方向に変化するといった効果も有すると考えられる。すなわち、窒化物が存在しない従来の鋼板では、被覆物質が比較的均一に鋼板表面を覆うのに対し、鋼板表面の一部に窒化物が存在すると、窒化物が露出している部分と、鋼母相が露出している部分とで、被覆物質の形成状態(厚みなど)が異なり、このため表面処理時の被覆物質が、鋼板表面の窒化物の存在状態に依存して偏在するようになる。したがって、鋼板製造時における鋼板表面に窒化物または露出した鋼表面を微細に分散させておくか、もしくは、鋼板表面の全面を、微細に破砕された窒化物で覆うことで、表面処理時の被覆物質を、表面処理条件等に関わらず微細に分散させることができる。そして、このような偏在した被覆物質(すなわち、被覆物質のミクロな不均一性)が、色調、密着性、溶接性を向上させるものと考えられる。
すなわち、窒化は、板温度が550〜800℃の状態で行なわれる必要がある。これは、通常の焼鈍のように窒化雰囲気をこの温度にしておき、その雰囲気中に鋼板を通過させることで板温度をこの範囲にし、同時に窒化を行なうことでも可能である。または、窒化雰囲気をより低い温度にしておき、この範囲の温度に加熱した鋼板をその中に侵入させることで窒化を進行させてもよい。窒化雰囲気をこの温度に昇温する場合には、鋼板の窒化と無関係な雰囲気の変質および分解により鋼板の窒化効率が低下する場合があるので、550〜750℃とする。好ましくは600〜700℃、さらに好ましくは630〜680℃とするのがよい。
窒化雰囲気は、体積比で窒素ガスを10%以上、さらに好ましくは20%以上、さらに好ましくは40%以上、さらに好ましくは60%以上含み、必要に応じて水素ガスを90%以下、さらに好ましくは80%以下、さらに好ましくは60%以下、さらに好ましくは20%以下含み、さらに必要に応じてアンモニアガスを0.02%以上含むものがよい。残部は、酸素ガス、水素ガス、二酸化炭素ガス、炭化水素ガスまたは各種の不活性ガスなどが可能である
本発明では、鋼板表面の窒化物の分散状態を制御することが重要であり、これを好ましく制御する方法として窒化時の条件を制御することが有効である。以下に、特に望ましいアンモニアガスを用いた場合のガス窒化について記す。
窒化物の分散状態は、窒化物を形成する初期の状態、言い換えれば窒化物の核形成時の状態に大きく依存するため、窒化開始時の条件が最終的な窒化物の分散状態に影響するものと考えられる。そして、窒化物の核形成は、通常の鋼中における析出等と同様に、低温で析出元素が過飽和に固溶した状態で高密度かつ微細に核形成が起きる現象であると考えられる。つまり、過飽和な固溶元素が何らかの析出物を形成しようとするが、その際の温度が低いと十分な拡散が起きずに拡散距離が短くなるため、微細な析出形態となるのである。
上述の制御思想は、アンモニアガス窒化に限定されるものではないため、ガス窒化における窒化ガスは、アンモニアに限定されるものではなく、また、窒化方法もガス窒化に限定されるものではない。すなわち、一般的に知られている核形成現象のメタラジーを用いて析出核を微細に分散させるように制御を行うものであり、通常の鉄鋼材料に関する知見を有する当業者であれば、特定の窒化方法に応じて好ましい条件を設定することは容易である。
また、鋼板を窒化するプロセスに限らず、何らかのN含有物質を鋼板表面に付着させることによって鋼板表面を改質するプロセスでも、本発明の実現は可能である。特に鋼板との反応性が低い何らかの窒化物を表面に付着させれば、鋼板母材そのものの加工性等の特性への影響が小さくなるため、好都合である。
薄手の容器用鋼板の製造においては、硬度調整や板厚調整のために再結晶焼鈍の後に再冷延を行なう場合がある。この圧下率は、形状矯正のために行なわれるスキンパスに近い1%程度から、冷延と同様の50%以上までが実用化されている。本発明に係る実施形態の鋼においても、用途に応じて窒化後の再冷延の圧下率を0〜90%の範囲で変化させて実験を行った結果、再冷延率の上昇に伴う強度上昇、延性低下、缶成形後の耐変形性など、従来と同様の特性変化が見られることを確認した。しかしながら、本発明が特徴とする、表面析出物に起因する色調、表面皮膜密着性、溶接性等は、従来材と同等以上のレベルを維持することも確認した。すなわち、再冷延によって本発明の特徴が消失するものではないことから、再冷延の条件は従来の当業者技術の範囲で、客先ニーズに応じて適宜決めれば良く、本発明においても、従来鋼と同様の再冷延が適用可能である。形状矯正等が必要でない場合には、全く再冷延を行なわないことも可能である。また、形状矯正等を目的とする場合には、0.5%から2.5%程度の範囲の圧下率で圧延が行われるが、本発明鋼も、通常、この程度の圧延が行われる。一方、再冷延率が高くなれば、鋼板自体が十分に硬質化する。したがって、本発明の実施形態のように板厚方向の材質分布を制御せずとも十分な缶強度を得ることが可能となるため、通常の適用範囲を大幅に越えてまで再冷延率を高める意義は小さくなる。
また、再冷延率が高くなると加工性が低下することから、不用意に高い再冷延率の適用は避けるべきである。以上のことから、本発明鋼に再冷延を適用する場合は、70%程度までとすることが好ましい。この制限は、あくまでも缶強度や延性を考慮して決定されるものであるが、例え70%を超える再冷延を施しても、本発明の特徴である、表面析出物の制御による表面特性や溶接性の向上効果が消失することはない。
また、溶接部を考えた場合、通常の材料では溶接熱により材料が局部的に軟化し、フランジ成形等において加工歪が集中して成形性を劣化させる問題が指摘される。表層部にNを多量に含有する本発明鋼では、この溶接熱による軟化も抑制されるため、溶接部の成形性に関してもメリットを得ることが可能となる。
本発明の実施形態は、板厚0.400mm以下の鋼板に適用される。これは、板厚がこれより厚い鋼板では成形部材の色調、表面被覆密着性、溶接性が問題となりにくいからである。好ましくは0.300mm以下、さらに好ましくは0.240mm以下の鋼板を対象とし、0.190mm以下、さらには0.160mm以下の鋼板では非常に顕著な効果を得ることが可能となる。このように、主として窒化後の鋼板表面における窒化物の状態を制御することで、ただ単にNを含有した鋼や表面硬度の造り分けのみを目的として窒化した鋼に無い本発明鋼特有の材質を持つようになる。すなわち、本発明で規定する窒化条件に基づいて鋼板表面の窒化物の形態制御を行うことにより、非常に良好な色調、表面被覆密着性、溶接性を得ることが可能となる。
本発明の実施形態に係る鋼板は、何らかの表面処理が施された場合も含む。すなわち、表面処理後にユーザーによって用いられる鋼板では、色調や溶接性は表面処理後の鋼板で必要なものであり、これらの特性に必要となる鋼板表面の好ましい状態は、上述のように製造された鋼板では表面処理により損なわれない。もちろん、表面処理によりRaやPPIの絶対値は少なからず変化するが、鋼板表面の窒化物形態を制御することにより生じる鋼板の表面状態を好ましくする機能、すなわち高さの小さな多数の凹凸が形成されている状態は、表面処理後の鋼板でも十分に検知可能である。この効果により、表面処理後の鋼板において非常に良好な色調、溶接性が提供される。
用途としては、2ピース缶、3ピース缶を問わず、容器全般に使用可能で、何らかの用途において上述と同様の課題がある場合には適用が可能である。
密着性は、エポキシフェノール系塗料を25mg/m2両面塗布した2枚の板をナイロン系接着剤で加熱圧着した試験片を、水道水で濡らした状態でT型剥離試験を行い、剥離強度を測定した。当然ながら、剥離強度の高いものを密着性が良好と判定した。
色調は、透明なポリエステル樹脂を10μm塗布、乾燥後、分光測色計を用いて得られるL値を指標とした。L値が高いほど色調が優れていることを示し、この値で優劣の判定を行った。
溶接性は、通常3ピース缶で適用されているシーム溶接において溶接電流を変えて溶接を行い、溶接時のスプラッシュ発生(チリ発生)、ピールテスト(ハインテスト)による溶接部強度、溶接時の鋼板表面と極輪間のアーク電流による溶接部表面損傷から溶接可能電流範囲を求め、範囲の広さと下限値により判定した。範囲が広いほうが製造上の安定性が高くて好ましく、下限が低いほうが溶接部の温度上昇によるめっき剥離や材質変化がおきにくいとして判定を行った。粗度は、レーザー式三次元粗度計を用いて測定した。
窒化後の鋼板は板厚方向に少なからざるN濃度の変動を生じているが本発明では板厚平均の値を用いた。
さらに、調質圧延を施して鋼板を製造した。これらの鋼についての圧延条件、最終板厚、窒素量の分析結果、特性評価結果を表2に示す。本発明の製造法を用いて、板厚方向の状態を本発明の規定範囲内に制御することで、良好な色調、表面被覆密着性、溶接性が得られていることが確認できる。一部、窒化を行わない材料に対し、調質圧延条件を特殊なものにすることで表面粗度の調整を試みたが、ロールの損耗やパス回数などのために効率的な生産が阻害されたものとなっている(生産性の評価欄が「不良」)。また、このような特殊な圧延によって鋼板粗度の評価値が本発明鋼レベルに達する場合もあるが、特性は本発明の実施形態に係る鋼の最適材のレベルには到達していない。
Claims (20)
- 少なくとも一部の板厚が0.400mm以下である少なくとも1つの容器用の鋼板であって、C:0.0800%以下、N:0.600%以下、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.10%以下、S:0.05%以下、Al:2.0%以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物から成る組成で、
表面における窒化物の面積率が少なくとも1.0%以上であることを特徴とする容器用鋼板。 - 前記少なくとも一部における表面粗度がRaで0.90μm以下であり、前記少なくとも一部の領域における長さ1インチあたりの厚みの凹凸ピーク数であるPPIが250以上である請求項1に記載の容器用鋼板。
- Ti:0.08%以下、Nb:0.08%以下、B:0.015%以下、Ni:5.0%以下、Cu:2.0%以下、Cr:2.0%以下のうちの少なくとも1つを含有する請求項1に記載の容器用鋼板。
- Sn、Sb、Mo、Ta、V、Wの合計で0.1%以下を含有する請求項1に記載の容器用鋼板。
- 少なくとも一部の板厚が0.400mm以下である少なくとも1つの容器用の鋼板であって、C:0.0800%以下、N:0.600%以下、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.10%以下、S:0.05%以下、Al:2.0%以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物から成る組成で、
(少なくとも一部の表面位置における窒化物面積率)/(前記少なくとも一部の板厚1/4の断面位置における窒化物面積率)が1.5以上であることを特徴とする容器用鋼板。 - 前記少なくとも一部における表面粗度がRaで0.90μm以下であり、前記少なくとも一部の領域における長さ1インチあたりの厚みの凹凸ピーク数であるPPIが250以上である請求項5に記載の容器用鋼板。
- Ti:0.08%以下、Nb:0.08%以下、B:0.015%以下、Ni:5.0%以下、Cu:2.0%以下、Cr:2.0%以下のうちの少なくとも1つを含有する請求項5に記載の容器用鋼板。
- Sn、Sb、Mo、Ta、V、Wの合計で0.1%以下を含有する請求項5に記載の容器用鋼板。
- 少なくとも一部の板厚が0.400mm以下である少なくとも1つの容器用の鋼板であって、C:0.0800%以下、N:0.600%以下、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.10%以下、S:0.05%以下、Al:2.0%以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物から成る組成で、
前記少なくとも一部の表面における直径0.1μm以上の独立した窒化物の数が0.001個/μm2以上であることを特徴とする容器用鋼板。 - 前記少なくとも一部における表面粗度がRaで0.90μm以下であり、前記少なくとも一部の領域における長さ1インチあたりの厚みの凹凸ピーク数であるPPIが250以上である請求項9に記載の容器用鋼板。
- Ti:0.08%以下、Nb:0.08%以下、B:0.015%以下、Ni:5.0%以下、Cu:2.0%以下、Cr:2.0%以下のうちの少なくとも1つを含有する請求項9に記載の容器用鋼板。
- Sn、Sb、Mo、Ta、V、Wの合計で0.1%以下を含有する請求項9に記載の容器用鋼板。
- 少なくとも一部の板厚が0.400mm以下である少なくとも1つの容器用の鋼板の製造方法であり、前記少なくとも一部が、C:0.0800%以下、N:0.0300%以下、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.10%以下、S:0.05%以下、Al:2.0%以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼を、
(a)冷延し、
(b)上記(a)工程の後、再結晶焼鈍と同時またはその後に窒化処理を行い、
(c)N量を0.0002%以上増加させ、鋼板の表面における窒化物の面積率を1.0%以上とし、かつ鋼板内のN量を0.600%以下とすることを特徴とする容器用鋼板の製造方法。
ただし、(b)工程の窒化処理は、アンモニアガスを0.02%以上含有する雰囲気中で、板温度が550〜800℃となるように0.1秒以上かつ360秒以下保持するものとする。 - 少なくとも一部の板厚が0.400mm以下である少なくとも1つの容器用の鋼板の製造方法であり、前記少なくとも一部が、C:0.0800%以下、N:0.0300%以下、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.10%以下、S:0.05%以下、Al:2.0%以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼を、
(a)冷延し、
(b)上記(a)工程の後、再結晶焼鈍と同時またはその後に窒化処理を行い、
(c)N量を少なくとも0.0002%以上増加させ、(鋼板の表面位置における窒化物面積率)/(鋼板の板厚1/4の断面位置における窒化物面積率)を1.5以上とし、かつ鋼板内のN量を0.600%以下とすることを特徴とする容器用鋼板の製造方法。
ただし、(b)工程の窒化処理は、アンモニアガスを0.02%以上含有する雰囲気中で、板温度が550〜800℃となるように0.1秒以上かつ360秒以下保持するものとする。 - 少なくとも一部の板厚が0.400mm以下である少なくとも1つの容器用の鋼板の製造方法であり、前記少なくとも一部が、C:0.0800%以下、N:0.0300%以下、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.10%以下、S:0.05%以下、Al:2.0%以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼を、
(a)冷延し、
(b)上記(a)工程の後、再結晶焼鈍と同時またはその後に窒化処理を行い、
(c)N量を少なくとも0.0002%以上増加させ、前記少なくとも一部の鋼板表面における直径0.1μm以上の独立した窒化物を0.001個/μm2以上とし、かつ鋼板内のN量を0.600%以下とすることを特徴とする容器用鋼板の製造方法。
ただし、(b)工程の窒化処理は、アンモニアガスを0.02%以上含有する雰囲気中で、板温度が550〜800℃となるように0.1秒以上かつ360秒以下保持するものとする。 - 上記(b)工程の窒化処理を、(窒化開始時の板温度℃−550)/(窒化開始時のアンモニアガス濃度%)<150とすることを特徴とする請求項13〜15の何れか一項に記載の容器用鋼板の製造方法。
- 少なくとも一部の板厚が0.400mm以下である少なくとも1つの容器用の鋼板であって、C:0.0800%以下、N:0.600%以下、Si:2.0%以下、Mn:2.0%以下、P:0.10%以下、S:0.05%以下、Al:2.0%以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物から成る組成で、
(窒化処理後の鋼板表面位置における窒化物面積率)/(窒化処理前の鋼板表面位置における窒化物面積率)が1.5以上であることを特徴とする容器用鋼板。 - 前記少なくとも一部における表面粗度がRaで0.90μm以下であり、前記少なくとも一部の領域における長さ1インチあたりの厚みの凹凸ピーク数であるPPIが250以上である請求項17に記載の容器用鋼板。
- Ti:0.08%以下、Nb:0.08%以下、B:0.015%以下、Ni:5.0%以下、Cu:2.0%以下、Cr:2.0%以下のうちの少なくとも1つを含有する請求項17に記載の容器用鋼板。
- Sn、Sb、Mo、Ta、V、Wの合計で0.1%以下を含有する請求項17に記載の容器用鋼板。
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