JP4309834B2 - 調質圧延方法 - Google Patents
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Description
本発明は、表面処理鋼板用原板、特にぶりきやティンフリースチール（ＴＦＳ）などの缶用素材鋼板を安定して製造することのできる湿式の調質圧延方法、調質圧延用ロール、および美麗な表面性状とともに方向性の無い機械的性質から製缶性にも優れる缶用素材鋼板に関する。
近年、焼鈍後の表面処理鋼板用原板に対して、表面形状を改善し、使用目的に応じた表面粗度を与える、また、用途に応じた適当な硬度と機械的性質を与える工程を担う調質圧延方法の改善が産業界において強く望まれている。とりわけ、缶用素材鋼板では鋼板の成分や焼鈍条件に加えて、調質圧延での圧下率の調整によっても硬度を調整することから、工程管理や品質管理が煩雑になるという問題を抱えており、これがエネルギー問題とも関連して、製造プロセス全体の簡素化や、美麗な表面性状を有する缶用素材鋼板の安定供給を可能とする、新たな調質圧延方法の確立が求められている。
また、近年における食品や飲料等の保存容器としてのスチール缶には、薄肉化や高強度化のみならず、ファンシー缶に代表されるように、様々な形状や優れた意匠性を有する形状のものが求められており、表面処理鋼板用原板、特にぶりきやティンフリースチール（ＴＦＳ）などの缶用素材鋼板には、従来にも増して美麗な表面性状が要求されるとともに、このような意匠性に優れた形状の加工を可能とする製缶性の向上も望まれている。とりわけ、鋼板の圧延平行方向と圧延直角方向において降伏点や伸び等の機械的性質に大きな差があると、加工時のブランク取りにおいて変形を生じたり、鋼板に印刷したパターンが製品原板を切り出す際にいびつに変形することから、鋼板の圧延平行方向と圧延直角方向における機械的性質の差、いわゆる、鋼板の方向性の問題を改善することが急務となっている。
また、近年における食品や飲料等の保存容器としてのスチール缶には、薄肉化や高強度化のみならず、ファンシー缶に代表されるように、様々な形状や優れた意匠性を有する形状のものが求められており、表面処理鋼板用原板、特にぶりきやティンフリースチール（ＴＦＳ）などの缶用素材鋼板には、従来にも増して美麗な表面性状が要求されるとともに、このような意匠性に優れた形状の加工を可能とする製缶性の向上も望まれている。とりわけ、鋼板の圧延平行方向と圧延直角方向において降伏点や伸び等の機械的性質に大きな差があると、加工時のブランク取りにおいて変形を生じたり、鋼板に印刷したパターンが製品原板を切り出す際にいびつに変形することから、鋼板の圧延平行方向と圧延直角方向における機械的性質の差、いわゆる、鋼板の方向性の問題を改善することが急務となっている。
周知のとおり調質圧延には、圧延油等の潤滑剤を用いない乾式圧延と潤滑剤を用いる湿式圧延とがある。
乾式圧延は、潤滑剤を使用しないことから圧延制御が容易である反面、ロールと鋼板との摩擦係数が高いため、許容圧下率を超えるとロールや鋼板からの金属粉が発生しやすく、これが巻き込み疵の原因となり、鋼板品質を低下させるという問題がある。換言すると、潤滑剤を使用しない乾式圧延では、軽圧下率しか確保することができない。
また、この軽圧下率しか確保できないという乾式圧延の性格から、この方式では製鋼段階での材質設計が大きなウェイトを占めている。すなわち、図１（ａ）に示すようにＴ１〜ＤＲ８の調質度を得るのに上工程から多くの合金成分系の缶用素材鋼帯を用意しなければならず、これが工程管理や品質管理を煩雑にするひとつの要因となっている。
したがって、０．５〜１．５％程度の軽圧下率しか確保できない乾式圧延は、近年ますます要請される製造プロセス全体の簡素化やコスト削減を図るには技術的限界があるとも言える。
乾式圧延は、潤滑剤を使用しないことから圧延制御が容易である反面、ロールと鋼板との摩擦係数が高いため、許容圧下率を超えるとロールや鋼板からの金属粉が発生しやすく、これが巻き込み疵の原因となり、鋼板品質を低下させるという問題がある。換言すると、潤滑剤を使用しない乾式圧延では、軽圧下率しか確保することができない。
また、この軽圧下率しか確保できないという乾式圧延の性格から、この方式では製鋼段階での材質設計が大きなウェイトを占めている。すなわち、図１（ａ）に示すようにＴ１〜ＤＲ８の調質度を得るのに上工程から多くの合金成分系の缶用素材鋼帯を用意しなければならず、これが工程管理や品質管理を煩雑にするひとつの要因となっている。
したがって、０．５〜１．５％程度の軽圧下率しか確保できない乾式圧延は、近年ますます要請される製造プロセス全体の簡素化やコスト削減を図るには技術的限界があるとも言える。
これに対して湿式圧延は、潤滑剤を使用するため、ロールと鋼板との摩擦係数が低くなり、圧下率が１．５％以上の圧延が可能となるから、焼鈍工程まで単一成分系鋼帯で製造し、その後の調質圧延工程において圧下率を制御することにより、鋼板の調質度を制御することが可能である。
すなわち、湿式圧延は、多くの合金成分系鋼帯を用意しなければならない乾式圧延とは異なり、単一成分系鋼帯から様々な調質度の缶用素材鋼板を造り分けることが可能な調質圧延方法であり、製造プロセス全体の簡素化ひいてはコスト削減やエネルギー削減を図れるという有意義な特徴を持つ調質圧延方法と言える（例えば、特許文献１参照）。
すなわち、湿式圧延は、多くの合金成分系鋼帯を用意しなければならない乾式圧延とは異なり、単一成分系鋼帯から様々な調質度の缶用素材鋼板を造り分けることが可能な調質圧延方法であり、製造プロセス全体の簡素化ひいてはコスト削減やエネルギー削減を図れるという有意義な特徴を持つ調質圧延方法と言える（例えば、特許文献１参照）。
しかし、このように材質設計上有利な湿式圧延ではあるが、図１（ａ）および（ｂ）に示すように１．５〜６％の圧下率の範囲でジャンピングという現象が生じやすい。ジャンピング現象とは、降伏伸びに関連する現象であり、圧下率が増加すると降伏点が減少する領域で発生する。この領域では、或る圧延荷重を加えると、材料は降伏点が上昇して釣り合う点まで伸びようとするが、圧延機は伸び率を制御しようとして圧下荷重を下げる制御を行う。その結果、材料の伸びは減少するが、今度は、圧下荷重を下げたことで設定値に比べて伸びが小さいので、圧延機は圧下荷重を増やして伸びを確保しようとする。伸びを確保すると、圧下率が増加すると降伏点が減少する領域に再び入るので、材料は降伏点が上昇して釣り合う点まで再び伸びようとする。これを繰り返すのがジャンピング現象であり、実際には、圧下率が例えば２％程度狙いの場合に、伸び率が０〜８％程度変動することがある。それに伴い圧下荷重も±２００トン程度変動して非常に不安定になる。
このため、従来の湿式圧延においては、特殊な潤滑剤を使用したり、その塗布方法や張力の調整等によりロールと鋼板との摩擦係数を調整して改善を試みていたが（例えば、特許文献１参照）、当該現象を完全に阻止することは困難であった。
すなわち、ジャンピングの発生により、湿式圧延の有利な特徴、すなわち、単一成分系鋼帯から様々な調質度の缶用素材鋼板を造り分けて、製造プロセス全体の簡素化ひいてはコスト削減やエネルギー削減に資するという湿式圧延の有利な特徴を十分に発揮することができなかった。
このため、従来の湿式圧延においては、特殊な潤滑剤を使用したり、その塗布方法や張力の調整等によりロールと鋼板との摩擦係数を調整して改善を試みていたが（例えば、特許文献１参照）、当該現象を完全に阻止することは困難であった。
すなわち、ジャンピングの発生により、湿式圧延の有利な特徴、すなわち、単一成分系鋼帯から様々な調質度の缶用素材鋼板を造り分けて、製造プロセス全体の簡素化ひいてはコスト削減やエネルギー削減に資するという湿式圧延の有利な特徴を十分に発揮することができなかった。
また、ジャンピングを防止する別の方法としては、ロールの表面粗度を調整する方法があり、例えば、ショットブラストを用いて加工したダルロールを最初のロールに用いる方法が知られている。
しかし、このダルロールを用いて湿式圧延を行った後にブライトロールで圧延を行うと、ダルロールで鋼板に転写された凹部に潤滑剤がまばらに残り、製品に潤滑むらと呼ばれる光沢むらが生じるという問題があった。特に、ショットブラストを用いて加工したダルロールを用いてジャンピングを防止しようとするとロール粗度を大きくする必要があるため、潤滑むらあるいはＮｏ．２スタンドでの異常延びが発生しやすく、これが美麗な表面性状を要求される缶用素材鋼板にとっては致命的な問題となっていた。
しかし、このダルロールを用いて湿式圧延を行った後にブライトロールで圧延を行うと、ダルロールで鋼板に転写された凹部に潤滑剤がまばらに残り、製品に潤滑むらと呼ばれる光沢むらが生じるという問題があった。特に、ショットブラストを用いて加工したダルロールを用いてジャンピングを防止しようとするとロール粗度を大きくする必要があるため、潤滑むらあるいはＮｏ．２スタンドでの異常延びが発生しやすく、これが美麗な表面性状を要求される缶用素材鋼板にとっては致命的な問題となっていた。
一方、鋼板の方向性を改善する方法については、Ｃ：０．０１０％以下、Ｓｉ：０．０４％以下、Ｍｎ：０．１〜１．２％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００５〜０．０２０％、Ｎ：０．０１〜０．０３％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼片に対し、熱間圧延、自己焼鈍、酸洗、冷間圧延、連続焼鈍をし、１５〜３０％の圧下率で調質圧延することにより、圧延方向と直角方向との伸びの差が３％以下となるフランジ加工性およびネック成形性に優れる溶接缶用鋼板の製造方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
しかし、この方法においては、比較的高価なＮを０．０１〜０．０３％も添加する必要があるため、生産コスト的に問題があった。また、一般にＮの含有率が高くなると鋳片に表面疵が発生しやすいことから、美麗な表面性状を要求される缶用素材鋼板にとっては致命的な問題となった。
特公昭５６−３４１３号公報
特許第３１０８６１５号公報
しかし、この方法においては、比較的高価なＮを０．０１〜０．０３％も添加する必要があるため、生産コスト的に問題があった。また、一般にＮの含有率が高くなると鋳片に表面疵が発生しやすいことから、美麗な表面性状を要求される缶用素材鋼板にとっては致命的な問題となった。
本発明の解決すべき課題は、材質設計上有利な湿式圧延において頻発するジャンピングを防いで、安定した圧下率の制御を可能とすることにより、単一成分系鋼帯から様々な調質度の鋼板、特に製缶性に優れる方向性の無い缶用素材鋼板を造り分けるとともに、缶用素材鋼板に要求される優れた表面性状や表面光沢の均一性をも同時に満たすことのできる湿式の調質圧延方法およびこれを可能とする圧延用ロール、ならびに上記特性に優れた缶用素材鋼板を安定して提供することである。
なお、缶用素材鋼板とは、容器材料に用いられる鋼板であり、代表的なものとしては、ぶりきやティンフリースチール（ＴＦＳ）、その他、Ｎｉ系めっき鋼板等がある。
なお、缶用素材鋼板とは、容器材料に用いられる鋼板であり、代表的なものとしては、ぶりきやティンフリースチール（ＴＦＳ）、その他、Ｎｉ系めっき鋼板等がある。
まず、本発明者は、改善が急務となっている製缶性の向上、すなわち、鋼板における圧延平行方向と圧延直角方向との機械的性質の差、いわゆる、鋼板の方向性の問題を改善すべく、方向性の発生要因およびそれらを解決する方法について数多くの理論検討および実験検討を行った結果、以下の知見を得た。
（Ａ）調質圧延において圧下率を振らせると降伏点が下がる領域が存在するが、この領域においては鋼板の方向性が改善されること。そして、この領域は、乾式圧延よりも湿式圧延のほうが広いこと。
（Ｂ）当該領域においては、従来から使用してきた鋼帯成分に特段の変更を加えることなく、鋼板の方向性を改善することができること。
（Ｃ）湿式圧延の方向性が改善される領域は、ジャンピングが発生する領域（１．５〜６％の圧下率の範囲）と重なり、１．５〜１０％の圧下率の範囲であること。
（Ｄ）したがって、湿式圧延におけるジャンピング発生の問題を解決すれば、鋼板の方向性の問題を改善できるとともに、単一成分系鋼帯から様々な調質度を有する鋼板を安定して造り分けることも可能となること。
（Ａ）調質圧延において圧下率を振らせると降伏点が下がる領域が存在するが、この領域においては鋼板の方向性が改善されること。そして、この領域は、乾式圧延よりも湿式圧延のほうが広いこと。
（Ｂ）当該領域においては、従来から使用してきた鋼帯成分に特段の変更を加えることなく、鋼板の方向性を改善することができること。
（Ｃ）湿式圧延の方向性が改善される領域は、ジャンピングが発生する領域（１．５〜６％の圧下率の範囲）と重なり、１．５〜１０％の圧下率の範囲であること。
（Ｄ）したがって、湿式圧延におけるジャンピング発生の問題を解決すれば、鋼板の方向性の問題を改善できるとともに、単一成分系鋼帯から様々な調質度を有する鋼板を安定して造り分けることも可能となること。
次に、本発明者は、これらの目的を阻害するジャンピングの発生要因およびそれを解決する方法について数多くの理論検討および実験検討を行った結果、以下の知見を得た。
（Ｅ）ジャンピングは、鋼板とロールとの摩擦力が変化して、ロール圧下力が鋼板に伝わる状況が微妙に変化すると発生しやすいこと。そして、前記鋼板とロールとの摩擦力が変化する要因としては、潤滑剤を介してのロールと鋼板間のグリップ力の変化が主であり、潤滑剤の流入の変化が従であること。
（Ｅ）ジャンピングは、鋼板とロールとの摩擦力が変化して、ロール圧下力が鋼板に伝わる状況が微妙に変化すると発生しやすいこと。そして、前記鋼板とロールとの摩擦力が変化する要因としては、潤滑剤を介してのロールと鋼板間のグリップ力の変化が主であり、潤滑剤の流入の変化が従であること。
（Ｆ）主要因たるロールと鋼板間のグリップ力の変化を抑制するためには、ロール表面に一定の深さを有する穴、例えば、直径が３０〜１２０μｍである円形の穴を複数設ければ、当該変化を低減できること。
また、穴縁の総長密度を調整することにより、前記主要因たるロールと鋼板間のグリップ力の変化を低減できる摩擦係数を確保できること。そして、穴縁の総長密度は５〜１５ｍｍ／ｍ２の範囲が望ましいこと。
さらに、前記穴の形状をなるべく円筒形、すなわち、深さ方向になるべく均一な断面積を有する形状にすれば、ロールが磨耗しても摩擦係数が変化しないことから、ロールと鋼板間のグリップ力の変化を抑制できること。
また、前記穴の形状を、深さ方向に完全に均一な断面積を有する形状に加工することが困難である場合には、ロール表面から所定の深さにいたるまでの穴の直径の変化量が少なければ、摩擦係数の変化も抑制できることから、ロールと鋼板間のグリップ力の変化を抑制できること。
また、穴縁の総長密度を調整することにより、前記主要因たるロールと鋼板間のグリップ力の変化を低減できる摩擦係数を確保できること。そして、穴縁の総長密度は５〜１５ｍｍ／ｍ２の範囲が望ましいこと。
さらに、前記穴の形状をなるべく円筒形、すなわち、深さ方向になるべく均一な断面積を有する形状にすれば、ロールが磨耗しても摩擦係数が変化しないことから、ロールと鋼板間のグリップ力の変化を抑制できること。
また、前記穴の形状を、深さ方向に完全に均一な断面積を有する形状に加工することが困難である場合には、ロール表面から所定の深さにいたるまでの穴の直径の変化量が少なければ、摩擦係数の変化も抑制できることから、ロールと鋼板間のグリップ力の変化を抑制できること。
（Ｇ）第二の要因である潤滑剤の流入の変化を抑制するためには、潤滑剤の膜切れを防止すること及び鋼板とロールとの濡れ性を向上させることが効果的であること。
前者については、穴の面積率を５〜４０％とし、かつ穴の深さを３μｍ以上とすれば、穴の中に積極的に潤滑剤が溜まり、ロールバイト内でもロールと鋼板間に連続的に潤滑剤が供給されるので、前記潤滑油膜切れを防止できること。
後者については、ロールバイト入り側でロールの穴に対する鋼板の表面部分は微視的には圧延されないで穴の形状たる凸状になるために、潤滑剤と鋼板との接触角が幾何学上小さくなるので、前記濡れ性をも改善できること。
さらに、穴の加工方法によっては穴の周囲に盛り上がり（リム）が形成される場合があるが、リムが存在すると圧延時に潤滑剤と鋼板との接触角が幾何学上大きくなり、前記濡れ性を改善することが困難となるので、リムを形成しないように穴を加工することが望ましいこと。ただし、リム高さが１μm以下ならば前記濡れ性への影響が小さく許容される範囲であること。
前者については、穴の面積率を５〜４０％とし、かつ穴の深さを３μｍ以上とすれば、穴の中に積極的に潤滑剤が溜まり、ロールバイト内でもロールと鋼板間に連続的に潤滑剤が供給されるので、前記潤滑油膜切れを防止できること。
後者については、ロールバイト入り側でロールの穴に対する鋼板の表面部分は微視的には圧延されないで穴の形状たる凸状になるために、潤滑剤と鋼板との接触角が幾何学上小さくなるので、前記濡れ性をも改善できること。
さらに、穴の加工方法によっては穴の周囲に盛り上がり（リム）が形成される場合があるが、リムが存在すると圧延時に潤滑剤と鋼板との接触角が幾何学上大きくなり、前記濡れ性を改善することが困難となるので、リムを形成しないように穴を加工することが望ましいこと。ただし、リム高さが１μm以下ならば前記濡れ性への影響が小さく許容される範囲であること。
最後に、本発明者は、缶用素材鋼板に要求される鋼板の美麗性を満たすべく、潤滑むらやＮｏ．２スタンドでの異常伸びの発生要因およびそれらを解決する方法について数多くの理論検討および実験検討を行った結果、以下の知見を得た。
（Ｈ）ダルロールを用いて湿式圧延を行った後にブライトロールで圧延を行うと、ダルロールで鋼板に転写された凹部に潤滑剤がまばらに残り、これが原因で潤滑むらやＮｏ．２スタンドでの異常伸びが発生すること。
（Ｉ）これらの発生を防止するためには、幅方向の潤滑均一性を確保する必要があること。そして、幅方向の潤滑均一性を確保するためには、前記リムが鋼板に転写されて生じる凹部に潤滑剤が残らないようにすれば良いため、前記凹部の深さを１μm以下に抑えるか、さらに望ましくはリムを形成しないように穴を開けて前記凹部を形成させないことが重要であること。
（Ｈ）ダルロールを用いて湿式圧延を行った後にブライトロールで圧延を行うと、ダルロールで鋼板に転写された凹部に潤滑剤がまばらに残り、これが原因で潤滑むらやＮｏ．２スタンドでの異常伸びが発生すること。
（Ｉ）これらの発生を防止するためには、幅方向の潤滑均一性を確保する必要があること。そして、幅方向の潤滑均一性を確保するためには、前記リムが鋼板に転写されて生じる凹部に潤滑剤が残らないようにすれば良いため、前記凹部の深さを１μm以下に抑えるか、さらに望ましくはリムを形成しないように穴を開けて前記凹部を形成させないことが重要であること。
上記の知見に基づき、本発明者は、材質設計上有利な湿式圧延において頻発するジャンピングを防いで、安定した圧下率の制御を可能とすることにより、単一成分系鋼帯から様々な調質度の鋼板、特に製缶性に優れる方向性の無い缶用素材鋼板を造り分けるとともに、缶用素材鋼板に要求される優れた表面性状や表面光沢の均一性をも同時に満足することのできる湿式の調質圧延方法およびこれを可能とする圧延用ロール、ならびに上記特性に優れる缶用素材鋼板に想到した。その要旨とするところは以下の通りである。
（１）ロール表面に直径が３０〜１２０μｍである円形の穴を複数有し、当該穴縁の総長密度が５〜１５ｍｍ／ｍｍ２である圧延用ロールを用いて、湿式圧延を行うことを特徴とする缶用素材鋼板の調質圧延方法。
（２）ロール表面に直径が３０〜１２０μｍである円形の穴を複数有し、当該穴縁の総長密度が５〜１５ｍｍ／ｍｍ ２ 、穴の周囲の盛り上がり部の高さが１μｍ以下である圧延用ロールを用いて、湿式圧延を行うことを特徴とする缶用素材鋼板の調質圧延方法。
（３）１．５〜１０％の圧下率で湿式圧延を行うことを特徴とする前記（１）または（２）に記載の缶用素材鋼板の調質圧延方法。
（４）質量％で、
Ｃ ：０．１％以下、
Ｓｉ ：０．０５％以下、
Ｍｎ ：０．０５〜０．４％、
ｓｏｌＡｌ：０．０１〜０．１％、
Ｎ ：０．００２〜０．０１％を含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼を、
ロール表面に直径が３０〜１２０μｍである円形の穴を複数有し、当該穴縁の総長密度が５〜１５ｍｍ／ｍｍ２ である圧延用ロール、またはロール表面に直径が３０〜１２０μｍである円形の穴を複数有し、当該穴縁の総長密度が５〜１５ｍｍ／ｍｍ ２ 、穴の周囲の盛り上がり部の高さが１μｍ以下である圧延用ロールを用いて、湿式圧延を行うことを特徴とする缶用素材鋼板の調質圧延方法。
（５）前記湿式圧延の次に、表面粗度が１．０μｍＲａ以下のブライトロールを用いて圧延を行うことを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の缶用素材鋼板の調質圧延方法。
（２）ロール表面に直径が３０〜１２０μｍである円形の穴を複数有し、当該穴縁の総長密度が５〜１５ｍｍ／ｍｍ ２ 、穴の周囲の盛り上がり部の高さが１μｍ以下である圧延用ロールを用いて、湿式圧延を行うことを特徴とする缶用素材鋼板の調質圧延方法。
（３）１．５〜１０％の圧下率で湿式圧延を行うことを特徴とする前記（１）または（２）に記載の缶用素材鋼板の調質圧延方法。
（４）質量％で、
Ｃ ：０．１％以下、
Ｓｉ ：０．０５％以下、
Ｍｎ ：０．０５〜０．４％、
ｓｏｌＡｌ：０．０１〜０．１％、
Ｎ ：０．００２〜０．０１％を含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼を、
ロール表面に直径が３０〜１２０μｍである円形の穴を複数有し、当該穴縁の総長密度が５〜１５ｍｍ／ｍｍ２ である圧延用ロール、またはロール表面に直径が３０〜１２０μｍである円形の穴を複数有し、当該穴縁の総長密度が５〜１５ｍｍ／ｍｍ ２ 、穴の周囲の盛り上がり部の高さが１μｍ以下である圧延用ロールを用いて、湿式圧延を行うことを特徴とする缶用素材鋼板の調質圧延方法。
（５）前記湿式圧延の次に、表面粗度が１．０μｍＲａ以下のブライトロールを用いて圧延を行うことを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の缶用素材鋼板の調質圧延方法。
（６）ロール表面に直径が３０〜１２０μｍである円形の穴を複数有し、当該穴縁の総長密度が５〜１５ｍｍ／ｍｍ２、穴の周囲の盛り上がり部の高さが１μｍ以下であることを特徴とする缶用素材鋼板の調質圧延用ロール。
（７）ロール表面に直径が３０〜１２０μｍである円形の穴を複数有し、当該穴縁の総長密度が５〜１５ｍｍ／ｍｍ２、穴の面積率が５〜４０％、穴の周囲の盛り上がり部の高さが１μｍ以下、ロール表面の穴の直径を基準に穴の深さ方向の直径の変化量が３０％以下の部分をロール表面から３μｍ以上有することを特徴とする缶用素材鋼板の調質圧延用ロール。
（７）ロール表面に直径が３０〜１２０μｍである円形の穴を複数有し、当該穴縁の総長密度が５〜１５ｍｍ／ｍｍ２、穴の面積率が５〜４０％、穴の周囲の盛り上がり部の高さが１μｍ以下、ロール表面の穴の直径を基準に穴の深さ方向の直径の変化量が３０％以下の部分をロール表面から３μｍ以上有することを特徴とする缶用素材鋼板の調質圧延用ロール。
（８）突起の表面が平滑で、円形の直径が３０〜１２０μｍ、周囲長の総長密度が５〜１５ｍｍ／ｍｍ２、鋼板表面からの高さが１μｍ以下である凸状円形突起を鋼板表面に有することを特徴とする缶用素材鋼板。
（９）突起の表面が平滑で、円形の直径が３０〜１２０μｍ、周囲長の総長密度が５〜１５ｍｍ／ｍｍ２、鋼板表面からの高さが１μｍ以下である凸状円形突起を鋼板表面に有し、当該凸状円形突起の周りに鋼板表面からの深さが１μｍ以下である凹みを有することを特徴とする缶用素材鋼板。
（１０）圧延平行方向と圧延直角方向との機械的性質の差が、降伏点で１５ＭＰａ以下、伸びが５％以下であることを特徴とする前記（８）または（９）に記載の缶用素材鋼板。
（１１）質量％で、
Ｃ ：０．１％以下、
Ｓｉ ：０．０５％以下、
Ｍｎ ：０．０５〜０．４％、
ｓｏｌＡｌ：０．０１〜０．１％、
Ｎ ：０．００２〜０．０１％を含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする前記（１０）に記載の缶用素材鋼板。
（１２）Ｔ３〜ＤＲ８のいずれかの調質度を有することを特徴とする前記（１１）に記載の缶用素材鋼板。
（９）突起の表面が平滑で、円形の直径が３０〜１２０μｍ、周囲長の総長密度が５〜１５ｍｍ／ｍｍ２、鋼板表面からの高さが１μｍ以下である凸状円形突起を鋼板表面に有し、当該凸状円形突起の周りに鋼板表面からの深さが１μｍ以下である凹みを有することを特徴とする缶用素材鋼板。
（１０）圧延平行方向と圧延直角方向との機械的性質の差が、降伏点で１５ＭＰａ以下、伸びが５％以下であることを特徴とする前記（８）または（９）に記載の缶用素材鋼板。
（１１）質量％で、
Ｃ ：０．１％以下、
Ｓｉ ：０．０５％以下、
Ｍｎ ：０．０５〜０．４％、
ｓｏｌＡｌ：０．０１〜０．１％、
Ｎ ：０．００２〜０．０１％を含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする前記（１０）に記載の缶用素材鋼板。
（１２）Ｔ３〜ＤＲ８のいずれかの調質度を有することを特徴とする前記（１１）に記載の缶用素材鋼板。
（Ａ）本発明によれば、従来技術で頻発したジャンピングが生じることなく安定して湿式圧延することができるので、焼鈍工程まで単一成分系鋼帯で製造し、その後の調質圧延工程において圧下率を制御することにより、様々な調質度の缶用素材鋼板を安定して造り分けることが容易となる。具体的には、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、従来方法では様々な鋼成分や焼鈍条件を調整して硬度を確保していたＴ３〜Ｔ５が、本発明によればＴ３と同じ成分範囲、焼鈍条件で、調質圧延での圧下率のみを制御することにより、しかもジャンピングが生じることなく安定して製造することができる。また、従来方法ではＤＲ８専用の鋼種（鋼成分）が用意されていたが、本発明によればジャンピングの生じ易い圧下領域においても当該鋼種を他の調質度、例えば、Ｔ５に適用することが可能である。これは表面処理鋼板用原板、特にぶりきやティンフリースチール（ＴＦＳ）などの缶用素材鋼板の製造プロセス全体の簡素化ひいてはコスト削減や省エネルギー化に資するものであり、その環境に与える影響ならびに経済的効果は極めて大きい。
（Ｂ）また、従来のスクラッチロール（圧延方向に筋目の入ったロール）による圧延では、ロールバイトでの圧延方向と幅方向の摩擦係数の差があるが、本技術による穴空きロールでは摩擦係数の差が小さくなり、圧延方向と幅方向のメタルフロー差が小さくなるので、鋼板の圧延平行方向と圧延直角方向における降伏点や伸び等の機械的性質に差のない、いわゆる方向性に優れた缶用素材鋼板を安定して製造することができる。このため、加工時のブランク取りにおける変形や、製品原板を切り出す際に印刷パターンが変形等する問題を解決することができる。これは、様々な形状や意匠性に優れた形状を要求されるスチール缶の製缶性の向上に資するものであり、その製缶プロセスに与える影響ならびに経済的効果は極めて大きい。
（Ｃ）さらに、従来技術によってジャンピングを防止しようとすると、潤滑剤残りによる潤滑むらやＮｏ．２スタンドでの異常延びが発生しやすいという弊害を生じたが、本発明によれば前記弊害を生じることなく、美麗な表面性状を満足する缶用素材鋼板を安定して製造することができる。これは、製缶メーカのみならず、エンドユーザを含む社会的ニーズに適合するものであり、その社会的影響は極めて大きい。
（Ｂ）また、従来のスクラッチロール（圧延方向に筋目の入ったロール）による圧延では、ロールバイトでの圧延方向と幅方向の摩擦係数の差があるが、本技術による穴空きロールでは摩擦係数の差が小さくなり、圧延方向と幅方向のメタルフロー差が小さくなるので、鋼板の圧延平行方向と圧延直角方向における降伏点や伸び等の機械的性質に差のない、いわゆる方向性に優れた缶用素材鋼板を安定して製造することができる。このため、加工時のブランク取りにおける変形や、製品原板を切り出す際に印刷パターンが変形等する問題を解決することができる。これは、様々な形状や意匠性に優れた形状を要求されるスチール缶の製缶性の向上に資するものであり、その製缶プロセスに与える影響ならびに経済的効果は極めて大きい。
（Ｃ）さらに、従来技術によってジャンピングを防止しようとすると、潤滑剤残りによる潤滑むらやＮｏ．２スタンドでの異常延びが発生しやすいという弊害を生じたが、本発明によれば前記弊害を生じることなく、美麗な表面性状を満足する缶用素材鋼板を安定して製造することができる。これは、製缶メーカのみならず、エンドユーザを含む社会的ニーズに適合するものであり、その社会的影響は極めて大きい。
以下、図１〜図４を参照して、本発明を実施するための最良の形態を説明する。図１（ａ）は本発明のロール適用前の缶用素材鋼板における圧下率と調質度の関係を示す図、図１（ｂ）は本発明のロール適用後の缶用素材鋼板における圧下率と調質度の関係を示す図、図２は本発明の圧延ロール１の表面を模式的に示す図、図３（ａ）は従来のロール表面に設けた穴を示す断面図、図３（ｂ）は本発明のロール表面に設けた穴を示す断面図、図４（ａ）は従来のロールを用いた場合の鋼板表面を示す断面図、図４（ｂ）は本発明のロールを用いた場合の鋼板表面を示す断面図である。
本発明の課題のひとつは、材質設計上有利な湿式圧延において頻発するジャンピングを防いで安定した圧下率の制御を可能とすることにより、単一成分系鋼帯から様々な調質度の鋼板、特に製缶性に優れる方向性の無い缶用素材鋼板を安定して造り分けることのできる湿式の調質圧延方法、およびこれを可能とする圧延用ロールを提供することである。
ジャンピング現象とは、降伏伸びに関連する現象であり、圧下率が増加すると降伏点が減少する領域で発生する。この領域では、或る圧延荷重を加えると、材料は降伏点が上昇して釣り合う点まで伸びようとするが、圧延機は伸び率を制御しようとして圧下荷重を下げる制御を行う。その結果、材料の伸びは減少するが、今度は、圧下荷重を下げたことで設定値に比べて伸びが小さいので、圧延機は圧下荷重を増やして伸びを確保しようとする。伸びを確保すると、圧下率が増加すると降伏点が減少する領域に再び入るので、材料は降伏点が上昇して釣り合う点まで再び伸びようとする。これを繰り返すのがジャンピング現象であり、実際には、圧下率が例えば２％程度狙いの場合に、伸び率が０〜８％程度変動することがある。それに伴い圧下荷重も±２００トン程度変動して非常に不安定になる。また、圧下率が１．５〜６％の範囲で発生しやすく、湿式圧延の方が乾式圧延に比べ発生しやすい。
また、ジャンピングは、鋼板とロールとの摩擦力が変化してロール圧下力が鋼板に伝わる状況が微妙に変化すると発生しやすく、前記鋼板とロールとの摩擦力が変化する要因としては、潤滑剤を介してのロールと鋼板間のグリップ力、すなわち、ロールと鋼板がスリップしないために必要なロールの鋼板に対する拘束力の変化が主であり、潤滑剤の流入の変化が従である。
ジャンピング現象とは、降伏伸びに関連する現象であり、圧下率が増加すると降伏点が減少する領域で発生する。この領域では、或る圧延荷重を加えると、材料は降伏点が上昇して釣り合う点まで伸びようとするが、圧延機は伸び率を制御しようとして圧下荷重を下げる制御を行う。その結果、材料の伸びは減少するが、今度は、圧下荷重を下げたことで設定値に比べて伸びが小さいので、圧延機は圧下荷重を増やして伸びを確保しようとする。伸びを確保すると、圧下率が増加すると降伏点が減少する領域に再び入るので、材料は降伏点が上昇して釣り合う点まで再び伸びようとする。これを繰り返すのがジャンピング現象であり、実際には、圧下率が例えば２％程度狙いの場合に、伸び率が０〜８％程度変動することがある。それに伴い圧下荷重も±２００トン程度変動して非常に不安定になる。また、圧下率が１．５〜６％の範囲で発生しやすく、湿式圧延の方が乾式圧延に比べ発生しやすい。
また、ジャンピングは、鋼板とロールとの摩擦力が変化してロール圧下力が鋼板に伝わる状況が微妙に変化すると発生しやすく、前記鋼板とロールとの摩擦力が変化する要因としては、潤滑剤を介してのロールと鋼板間のグリップ力、すなわち、ロールと鋼板がスリップしないために必要なロールの鋼板に対する拘束力の変化が主であり、潤滑剤の流入の変化が従である。
このうち、主要因たるロールと鋼板間のグリップ力の変化を抑制するためには、図２および図３（ｂ）に示すようにロール１表面に一定の深さを有する穴２、例えば、円の直径３が３０〜１２０μｍである円形の穴を複数設ければ、当該変化を低減することができる。円の直径が３０〜１２０μｍであれば、圧延後の鋼板表面を観察しても穴の跡が見立つことはない。一方、３０μｍ未満では圧延中に異物が穴に入って穴を潰すおそれがあり、１２０μｍ超では圧延後の鋼板表面に穴の跡が目立って表面性状を害するおそれがある。
なお、円とは、真円のみを意味するものではなく、楕円や長円、円の一部が欠けた円等をも含むものとする。
なお、円とは、真円のみを意味するものではなく、楕円や長円、円の一部が欠けた円等をも含むものとする。
また、穴縁４の総長密度を調整することにより、前記主要因たるロール１と鋼板間のグリップ力の変化を低減できる摩擦係数を確保することができるが、当該穴縁４の総長密度としては５〜１５ｍｍ／ｍｍ２の範囲が望ましい。
穴縁４の総長密度が１５ｍｍ／ｍｍ２を超えるとロール１が磨耗しやすくなり、ロール１表面から金属粉が発生しやすくなり、これが巻き込み疵の原因となって鋼板品質を害するおそれがある。一方、５ｍｍ／ｍｍ２未満では、ロールと鋼板間のグリップ力の変化を低減できる摩擦係数を確保することが困難である。なお、穴縁４の総長密度とは、単位面積あたりの穴の縁部分の長さの和をいう。
穴縁４の総長密度が１５ｍｍ／ｍｍ２を超えるとロール１が磨耗しやすくなり、ロール１表面から金属粉が発生しやすくなり、これが巻き込み疵の原因となって鋼板品質を害するおそれがある。一方、５ｍｍ／ｍｍ２未満では、ロールと鋼板間のグリップ力の変化を低減できる摩擦係数を確保することが困難である。なお、穴縁４の総長密度とは、単位面積あたりの穴の縁部分の長さの和をいう。
さらに、前記穴２の形状については、図３（ｂ）に示すようになるべく円筒形、すなわち、穴の深さ方向の断面積が均一となる形状とするのが望ましい。穴の深さ方向の断面積をなるべく均一化することにより、ロールが磨耗しても摩擦係数が変化せず、ロールと鋼板間のグリップ力の変化を抑制することができ、ジャンピング現象を防ぐことができる。
また、前記穴の形状を、深さ方向に均一な断面積を有する形状に加工することが困難である場合には、ロール表面から所定の深さにいたるまでの穴の直径の変化量が少なければ、摩擦係数の変化も抑制できることから、ロールと鋼板間のグリップ力の変化を抑制することができる。例えば、ロール表面の穴の直径を基準とした場合、この直径が穴の底部にいたるまで変化しないことが最も望ましいが、３０％以下の変化量の範囲であれば、ロールと鋼板間のグリップ力の変化を抑制することができる。また、ロール表面から少なくとも３μｍまでの深さにおいては、当該変化量を３０％以下とすることが望ましい。
なお、円筒形における円とは、真円のみを意味するものではなく、楕円や長円、円の一部が欠けた円等をも含むものとする。
また、前記穴の形状を、深さ方向に均一な断面積を有する形状に加工することが困難である場合には、ロール表面から所定の深さにいたるまでの穴の直径の変化量が少なければ、摩擦係数の変化も抑制できることから、ロールと鋼板間のグリップ力の変化を抑制することができる。例えば、ロール表面の穴の直径を基準とした場合、この直径が穴の底部にいたるまで変化しないことが最も望ましいが、３０％以下の変化量の範囲であれば、ロールと鋼板間のグリップ力の変化を抑制することができる。また、ロール表面から少なくとも３μｍまでの深さにおいては、当該変化量を３０％以下とすることが望ましい。
なお、円筒形における円とは、真円のみを意味するものではなく、楕円や長円、円の一部が欠けた円等をも含むものとする。
次に、第二の要因たる潤滑剤の流入の変化を抑制するためには、潤滑剤の膜切れを防止することや鋼板とロールとの濡れ性を向上させることが効果的である。
前者については、穴の面積率７を５〜４０％とし、かつ穴の深さ５を３μｍ以上とすれば、穴の中に積極的に潤滑剤が溜まり、ロールバイト内でもロールと鋼板間に連続的に潤滑剤が供給されるので、前記潤滑剤の膜切れを防止することができる。穴の面積率７が５％未満では膜切れが生じやすく、４０％超では穴の中に溜まる潤滑剤が過剰となり、摩擦係数が低下し過ぎるおそれがある。また、穴の深さ５を３μｍ以上とすることにより、ロールが磨耗しても前記潤滑剤の膜切れの防止を維持することができる。
後者については、ロールバイト入り側でロールの穴に対する鋼板の表面部分は微視的には圧延されないで穴の形状たる凸状になるために、潤滑剤と鋼板との接触角が幾何学上小さくなるので、前記濡れ性を改善することができる。
前者については、穴の面積率７を５〜４０％とし、かつ穴の深さ５を３μｍ以上とすれば、穴の中に積極的に潤滑剤が溜まり、ロールバイト内でもロールと鋼板間に連続的に潤滑剤が供給されるので、前記潤滑剤の膜切れを防止することができる。穴の面積率７が５％未満では膜切れが生じやすく、４０％超では穴の中に溜まる潤滑剤が過剰となり、摩擦係数が低下し過ぎるおそれがある。また、穴の深さ５を３μｍ以上とすることにより、ロールが磨耗しても前記潤滑剤の膜切れの防止を維持することができる。
後者については、ロールバイト入り側でロールの穴に対する鋼板の表面部分は微視的には圧延されないで穴の形状たる凸状になるために、潤滑剤と鋼板との接触角が幾何学上小さくなるので、前記濡れ性を改善することができる。
なお、穴の加工方法によっては図３（ａ）に示すように穴の周囲に盛り上がり（リム）が形成される場合があるが、リムが存在すると圧延時に潤滑剤と鋼板との接触角が幾何学上大きくなり、前記濡れ性を改善することが困難となる。このため、リムを形成しないように穴を加工することが望ましい。
ただし、穴の加工に際してリムが形成されてしまう場合には、穴の周囲の盛り上がり部の高さ（リム高さ）が１μm以下ならば、前記濡れ性への影響が比較的小さい。
ただし、穴の加工に際してリムが形成されてしまう場合には、穴の周囲の盛り上がり部の高さ（リム高さ）が１μm以下ならば、前記濡れ性への影響が比較的小さい。
ロール１の加工方法、すなわちロール表面に穴を開ける方法としては、パルスレーザーを用いて１つずつ穴を開けるパルスレーザー法、エネルギー密度の高い電子ビームを用いて１つずつ穴を開ける電子ビーム法、ロール表面と電極の間でスパークを発生させることでロール表面を溶融させ、同時に発生するガスの圧力によって溶融部を吹き飛ばす放電ダル加工法、ロール表面に穴のマークを書いた感光膜を張って光で感光させた後に穴のマーク部のみをエッチングするフォトエッチング法等がある。
パルスレーザー法は、ロールの表面から３μｍ以上の深さにおいても、穴の直径の変化量を３０％以下に抑えることができる、すなわち、ロール磨耗による摩擦係数の変化を抑制することができるので、穴の形状が半球状に近いフォトエッチング法に比べて有利である。
しかし、レーザー強度が高く、かつ単発照射により穴を開けようとすると図３（ａ）に示すように穴の周囲にリムが形成され、リム高さが１μｍを超えてしまうので、レーザー強度や照射時間を適度に設定して穴を形成するのが望ましい。例えば、パルスレーザーの単発照射に必要な１パルス分のパルス幅を複数個に分割すれば、単発照射を複数回の照射にすることができるので、図３（ｂ）に示すようにリムの形成ないしは穴の周囲の盛り上がり部の高さを低減することができる。なお、電子ビーム法や放電ダル加工法を使用する場合についても同様である。
なお、フォトエッチング法は、前記リムの形成ないしはリム高さを低減することができるので、この点においてはパルスレーザー法に比べて有利である。
パルスレーザー法は、ロールの表面から３μｍ以上の深さにおいても、穴の直径の変化量を３０％以下に抑えることができる、すなわち、ロール磨耗による摩擦係数の変化を抑制することができるので、穴の形状が半球状に近いフォトエッチング法に比べて有利である。
しかし、レーザー強度が高く、かつ単発照射により穴を開けようとすると図３（ａ）に示すように穴の周囲にリムが形成され、リム高さが１μｍを超えてしまうので、レーザー強度や照射時間を適度に設定して穴を形成するのが望ましい。例えば、パルスレーザーの単発照射に必要な１パルス分のパルス幅を複数個に分割すれば、単発照射を複数回の照射にすることができるので、図３（ｂ）に示すようにリムの形成ないしは穴の周囲の盛り上がり部の高さを低減することができる。なお、電子ビーム法や放電ダル加工法を使用する場合についても同様である。
なお、フォトエッチング法は、前記リムの形成ないしはリム高さを低減することができるので、この点においてはパルスレーザー法に比べて有利である。
本発明が解決すべきもうひとつの課題は、潤滑むらやＮｏ．２スタンドでの異常延び等を防いで、缶用素材鋼板に要求される優れた表面性状や表面光沢の均一性を満足することのできる湿式の調質圧延方法、およびこれを可能とする圧延用ロールを提供することである。
潤滑むらとは、ダルロールを用いて湿式圧延を行った後にブライトロールで圧延を行うと、ダルロールで鋼板に転写された凹部に潤滑剤がまばらに残り、これにより光沢むらが生じる現象であり、ジャンピングと同様に、美麗な表面性状が要求される缶用素材鋼板にとっては致命的な問題のひとつである。
この潤滑剤は、通常は、調質圧延機の最初のロールと２番目のロールの間に有るリンガーロールで除去されるが、ブライトロールの粗度が大きい場合には完全に除去するのが難しい。特に、ショットブラストを用いて加工したダルロールを用いてジャンピングを防止しようとするとロール粗度を大きくする必要が有るため、潤滑むらあるいはＮｏ．２スタンドでの異常延びが発生しやすい。
なお、調質圧延機にはシングルスタンド、２スタンド等があるが２スタンドが主流であり、さらに２スタンド以上有する調質圧延機も存在する。ここでいうＮｏ．２スタンドとは、２スタンド以上有する調質圧延機の場合には調質圧延機の第２スタンドを意味し、または潤滑剤が残存する場合にはシングルスタンド調質圧延機の２回目の圧延時のスタンドをも意味する。
潤滑むらとは、ダルロールを用いて湿式圧延を行った後にブライトロールで圧延を行うと、ダルロールで鋼板に転写された凹部に潤滑剤がまばらに残り、これにより光沢むらが生じる現象であり、ジャンピングと同様に、美麗な表面性状が要求される缶用素材鋼板にとっては致命的な問題のひとつである。
この潤滑剤は、通常は、調質圧延機の最初のロールと２番目のロールの間に有るリンガーロールで除去されるが、ブライトロールの粗度が大きい場合には完全に除去するのが難しい。特に、ショットブラストを用いて加工したダルロールを用いてジャンピングを防止しようとするとロール粗度を大きくする必要が有るため、潤滑むらあるいはＮｏ．２スタンドでの異常延びが発生しやすい。
なお、調質圧延機にはシングルスタンド、２スタンド等があるが２スタンドが主流であり、さらに２スタンド以上有する調質圧延機も存在する。ここでいうＮｏ．２スタンドとは、２スタンド以上有する調質圧延機の場合には調質圧延機の第２スタンドを意味し、または潤滑剤が残存する場合にはシングルスタンド調質圧延機の２回目の圧延時のスタンドをも意味する。
潤滑むらおよびＮｏ．２スタンドでの異常延びを防止して表面光沢を均一化するためには、幅方向の潤滑均一性を確保する必要がある。
そして、幅方向の潤滑均一性を確保するためには、最初のロールに形成された穴の周囲の盛り上がり（リム）が鋼板に転写されて生じる凹部１３に潤滑剤が残らないようにすればよいため、図４（ａ）に示す凹部１３の深さを１μm以下に抑えるか、さらに望ましくはリムを形成しないように穴を加工して前記凹部１３を形成させないことが重要である。
換言すれば、最初のロールに形成される穴の周囲の盛り上がり部の高さ（リム高さ）６を１μm以下にすることが必要である。穴の周囲の盛り上がり部の高さ（リム高さ）６を１μm以下に抑えるか、当該リムを形成しないようにすれば、鋼板表面上の凹部１３の形成を低減することができる。
そして、幅方向の潤滑均一性を確保するためには、最初のロールに形成された穴の周囲の盛り上がり（リム）が鋼板に転写されて生じる凹部１３に潤滑剤が残らないようにすればよいため、図４（ａ）に示す凹部１３の深さを１μm以下に抑えるか、さらに望ましくはリムを形成しないように穴を加工して前記凹部１３を形成させないことが重要である。
換言すれば、最初のロールに形成される穴の周囲の盛り上がり部の高さ（リム高さ）６を１μm以下にすることが必要である。穴の周囲の盛り上がり部の高さ（リム高さ）６を１μm以下に抑えるか、当該リムを形成しないようにすれば、鋼板表面上の凹部１３の形成を低減することができる。
本発明で用いる鋼帯としては、Ｃ：０．１％以下、Ｓｉ：０．０５％以下、Ｍｎ：０．０５〜０．４％、ｓｏｌＡｌ：０．０１〜０．１％、Ｎ：０．００２〜０．０１％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる低炭素アルミキルド鋼またはキャップド鋼を用いるのが望ましい。
以下に、それぞれの成分範囲を限定した理由について述べる。なお、各成分の含有量は質量％表示である。
Ｃ ： Ｃは、多くなると硬くなりすぎるので、その上限を０．１％に限定した。
Ｓｉ： Ｓｉは、ＪＩＳＧ ３３０３のＭＲ型のぶりきについては０．０１％以下と規定されているが、連続焼鈍で軟質のぶりき及びＴＦＳ用原板を製造する際にはＳｉの多い方が好ましいので、その上限を０．０５％とした。
Ｍｎ： Ｍｎは、不可避的不純物のＳが誘発する熱間脆性を防止する有効な成分であるから０．０５％以上含有させる。また、過剰の含有は硬質化の原因となるので、その上限を０．４％にした。
ｓｏｌＡｌ： ｓｏｌＡｌは、連続焼鈍低炭素アルミキルド鋼の硬さを低下させ、表面処理後の硬質化も低減する有効な成分であり０．０１％以上含有させることが必要である。しかし、あまり多量に添加すると硬くなりすぎるので、その上限を０．１％とする。
Ｎ ： Ｎは、熱延条件に関連して適当量のＡｌＮとして析出し、これがＣ析出の核となり、固溶Ｃの低減を促進し鋼を軟質化する有効な成分である。しかし、Ｎが０．００２％未満では熱延後析出するＡｌＮが少なく、その効果を消失し、また、０．０１％を超える過剰の含有は多量のＡｌＮを析出し、かえって硬質化の原因となるので、その上限を０．０１％とした。なお、低炭素リムドおよびキャップド鋼では、軟質化と調質圧延後の硬質化を軽減するために０．００３％以下に抑えるのが望ましい。
以下に、それぞれの成分範囲を限定した理由について述べる。なお、各成分の含有量は質量％表示である。
Ｃ ： Ｃは、多くなると硬くなりすぎるので、その上限を０．１％に限定した。
Ｓｉ： Ｓｉは、ＪＩＳＧ ３３０３のＭＲ型のぶりきについては０．０１％以下と規定されているが、連続焼鈍で軟質のぶりき及びＴＦＳ用原板を製造する際にはＳｉの多い方が好ましいので、その上限を０．０５％とした。
Ｍｎ： Ｍｎは、不可避的不純物のＳが誘発する熱間脆性を防止する有効な成分であるから０．０５％以上含有させる。また、過剰の含有は硬質化の原因となるので、その上限を０．４％にした。
ｓｏｌＡｌ： ｓｏｌＡｌは、連続焼鈍低炭素アルミキルド鋼の硬さを低下させ、表面処理後の硬質化も低減する有効な成分であり０．０１％以上含有させることが必要である。しかし、あまり多量に添加すると硬くなりすぎるので、その上限を０．１％とする。
Ｎ ： Ｎは、熱延条件に関連して適当量のＡｌＮとして析出し、これがＣ析出の核となり、固溶Ｃの低減を促進し鋼を軟質化する有効な成分である。しかし、Ｎが０．００２％未満では熱延後析出するＡｌＮが少なく、その効果を消失し、また、０．０１％を超える過剰の含有は多量のＡｌＮを析出し、かえって硬質化の原因となるので、その上限を０．０１％とした。なお、低炭素リムドおよびキャップド鋼では、軟質化と調質圧延後の硬質化を軽減するために０．００３％以下に抑えるのが望ましい。
次に、本発明の実施例１について説明するが、本実施例の条件は、本発明の実施可能性および顕著な効果を立証するために採用した一条件であり、本発明は、この一条件に限定されるものではない。
実施例１の条件を表１と表２に示す。表１は本実施例１で使用した鋼成分条件を示すものであり、全５種類の焼鈍後の低炭素アルミキルド鋼（板厚２００μｍ、板幅１０５８ｍｍ）に対して、表２に示すレーザー加工を施したロールを最初のロール、次のロールに表面粗度が０．２〜１．０μｍのブライトロールを使用して湿式の調質圧延を実施した。そして、当該条件により得られた鋼板の表面性状を表３に示す。
なお、圧下率は表２に示す通りであり、圧延速度は４００ｍｐｍとした。また、潤滑剤はパーム油ベースの潤滑剤を使用している。
また、比較例は、穴の直径３、穴縁４の総長密度、穴の深さ５、穴の周囲の盛り上がり部の高さ６、穴の面積率７が本発明範囲から外れ、それ以外は前記した本発明例と同一条件である。
なお、表２に示す平均ピッチＰとは、図２の場合はＰ＝√（ＰＣ×ＰＬ）、穴の分布がランダムのときはＰ＝√Ｎ×１０００を言い、ＰＣはロールの周方向のピッチ、ＰＬはロールの軸方向のピッチ、Ｎは個数［個／ｍｍ２］を意味する。また、穴縁４の長さは、穴の直径３から計算している。
実施例１の条件を表１と表２に示す。表１は本実施例１で使用した鋼成分条件を示すものであり、全５種類の焼鈍後の低炭素アルミキルド鋼（板厚２００μｍ、板幅１０５８ｍｍ）に対して、表２に示すレーザー加工を施したロールを最初のロール、次のロールに表面粗度が０．２〜１．０μｍのブライトロールを使用して湿式の調質圧延を実施した。そして、当該条件により得られた鋼板の表面性状を表３に示す。
なお、圧下率は表２に示す通りであり、圧延速度は４００ｍｐｍとした。また、潤滑剤はパーム油ベースの潤滑剤を使用している。
また、比較例は、穴の直径３、穴縁４の総長密度、穴の深さ５、穴の周囲の盛り上がり部の高さ６、穴の面積率７が本発明範囲から外れ、それ以外は前記した本発明例と同一条件である。
なお、表２に示す平均ピッチＰとは、図２の場合はＰ＝√（ＰＣ×ＰＬ）、穴の分布がランダムのときはＰ＝√Ｎ×１０００を言い、ＰＣはロールの周方向のピッチ、ＰＬはロールの軸方向のピッチ、Ｎは個数［個／ｍｍ２］を意味する。また、穴縁４の長さは、穴の直径３から計算している。
まず、比較例については、ロール表面に設けた穴の直径３が本発明範囲より下方に外れる比較例１については、ロール穴への異物の詰まりが確認され、これが起因となり鋼板表面には押し込み疵が発生した。
反対に、穴の直径３が本発明範囲より上方に外れる比較例２については、鋼板表面への圧延痕が目立ち、缶用素材鋼板に要求される美麗性を満たさなかった。また、比較例２は、穴の面積率７も本発明範囲より上方に外れることから、潤滑剤過剰に伴う摩擦係数の低下からジャンピング現象が発生した。
反対に、穴の直径３が本発明範囲より上方に外れる比較例２については、鋼板表面への圧延痕が目立ち、缶用素材鋼板に要求される美麗性を満たさなかった。また、比較例２は、穴の面積率７も本発明範囲より上方に外れることから、潤滑剤過剰に伴う摩擦係数の低下からジャンピング現象が発生した。
また、穴縁４の総長密度が本発明範囲より下方に外れる比較例３については、ロールと鋼板間のグリップ力の変化を低減できる摩擦係数を確保できずジャンピングが発生して、スリップ疵が発生した。
反対に、穴縁４の総長密度が本発明範囲より上方に外れる比較例４については、ロールと鋼板間の摩擦係数が過大になり、ロール表面から金属粉が発生し、最終的には巻き込み疵が発生した。
反対に、穴縁４の総長密度が本発明範囲より上方に外れる比較例４については、ロールと鋼板間の摩擦係数が過大になり、ロール表面から金属粉が発生し、最終的には巻き込み疵が発生した。
穴の面積率７が本発明範囲より下方に外れる比較例５については、潤滑剤の膜切れが確認された。また、ジャンピングが発生してスリップ疵が発生し、鋼板表面にはチャターマークも確認された。
穴の周囲の盛り上がり部の高さ（リム高さ）６が本発明範囲より上方に外れる比較例６については、潤滑剤の膜切れに起因する潤滑むらが発生した。
穴の深さ５が本発明範囲より下方に外れる比較例７については、ロールと鋼板間のグリップ力の変化を低減できる摩擦係数を確保できずジャンピングが発生して、スリップ疵が発生した。
穴の周囲の盛り上がり部の高さ（リム高さ）６が本発明範囲より上方に外れる比較例６については、潤滑剤の膜切れに起因する潤滑むらが発生した。
穴の深さ５が本発明範囲より下方に外れる比較例７については、ロールと鋼板間のグリップ力の変化を低減できる摩擦係数を確保できずジャンピングが発生して、スリップ疵が発生した。
一方、本発明の実施例である発明例１〜５で得られた缶用素材鋼板８には、図４（ｂ）に図示するように、表２に記載した穴の直径に相当する直径を有する円形状の痕跡（表面が平滑な凸状円形の突起９）を４００倍程度の顕微鏡を用いて観察できた。例えば、発明例１で得られた鋼板８には、円形の直径が６０μｍである凸状円形突起９を、発明例２で得られた鋼板８には、円形の直径が４５μｍである凸状円形突起９を確認できた。
また、その凸状円形突起の周囲長１１の総長密度を凸状円形突起の円形の直径１０の計測値から計算すると、表２に記載した穴縁の総長密度に相当する値を確認できた。例えば、発明例１で得られた鋼板８における凸状円形突起９の周囲長１１の総長密度は１２ｍｍ／ｍｍ２、発明例２で得られた鋼板８における凸状円形突起９の周囲長１１の総長密度は１０ｍｍ／ｍｍ２であった。
さらに、これらの凸状円形突起の高さ１２は、いずれも１μｍ以下であった。
すなわち、鋼板表面に、表面が平滑な凸状円形の突起９を有し、その凸状円形突起の円形の直径１０が３０〜１２０μｍ、凸状円形突起の周囲長１１の総長密度が５〜１５ｍｍ／ｍｍ２、凸状円形突起の高さ１２が１μｍ以下で有る缶用素材鋼板８を得ることができた。
以上の結果は、いずれも圧延時に本発明の課題のひとつであるジャンピング現象が発生しなかったことを示すものである。
また、その凸状円形突起の周囲長１１の総長密度を凸状円形突起の円形の直径１０の計測値から計算すると、表２に記載した穴縁の総長密度に相当する値を確認できた。例えば、発明例１で得られた鋼板８における凸状円形突起９の周囲長１１の総長密度は１２ｍｍ／ｍｍ２、発明例２で得られた鋼板８における凸状円形突起９の周囲長１１の総長密度は１０ｍｍ／ｍｍ２であった。
さらに、これらの凸状円形突起の高さ１２は、いずれも１μｍ以下であった。
すなわち、鋼板表面に、表面が平滑な凸状円形の突起９を有し、その凸状円形突起の円形の直径１０が３０〜１２０μｍ、凸状円形突起の周囲長１１の総長密度が５〜１５ｍｍ／ｍｍ２、凸状円形突起の高さ１２が１μｍ以下で有る缶用素材鋼板８を得ることができた。
以上の結果は、いずれも圧延時に本発明の課題のひとつであるジャンピング現象が発生しなかったことを示すものである。
また、鋼板の表面性状についても、表１に示す鋼成分１〜５のすべての条件において、潤滑むらやＮｏ．２スタンドでの異常延び等が発生することなく、缶用素材鋼板に要求される美麗性および表面光沢の均一性を十分満足するものであることを確認できた。
なお、凸状円形突起９の周りには、リムが鋼板に転写されて生じる凹部１３が確認されたが、図４（ａ）に示す従来品とは対比できない程の極めて僅かな深さ（１μｍ以下）であり、鋼板の表面性状に影響を与えるものではなかった。また、凸状円形突起９が圧延されることにより前記凹部１３が形成される場合もあるが、この場合も０．１〜０．２μｍ程度の極めて僅かな深さであり、鋼板の表面性状に影響を与えるものではないことを確認している。
なお、凸状円形突起９の周りには、リムが鋼板に転写されて生じる凹部１３が確認されたが、図４（ａ）に示す従来品とは対比できない程の極めて僅かな深さ（１μｍ以下）であり、鋼板の表面性状に影響を与えるものではなかった。また、凸状円形突起９が圧延されることにより前記凹部１３が形成される場合もあるが、この場合も０．１〜０．２μｍ程度の極めて僅かな深さであり、鋼板の表面性状に影響を与えるものではないことを確認している。
さらに、硬度については、例えば、表１の成分１を含有する低炭素アルミキルド鋼を使用した場合については、圧下率が１．５％である発明例３についてはＴ３、圧下率が２．５〜４％である発明例１、２および４についてはＴ４、圧下率が５％である発明例５についてはＴ５相当の硬度であることを確認できた。すなわち、表１に示す単一成分系鋼帯（低炭素アルミキルド鋼）から圧下率を制御することにより、複数の硬度（Ｔ３〜Ｔ５）を有する缶用素材鋼板８を造り分けることができた。
また、表１の成分３を含有する低炭素アルミキルド鋼を使用した場合については、圧下率が２．５〜５％である発明例１、２、４および５についてはＴ５、圧下率が７．５〜１０％においてはＤＲ８相当の硬度であることを確認できた。
なお、上記結果（圧下率と調質度の関係）をプロットしたものを図１（ｂ）に示すが、当該図および図１（ａ）における鋼種１は表１の成分１を、鋼種２は成分３を意味する。また、図１（ａ）における鋼種３は表１の成分４を、鋼種４は成分５を意味する。
また、表１の成分３を含有する低炭素アルミキルド鋼を使用した場合については、圧下率が２．５〜５％である発明例１、２、４および５についてはＴ５、圧下率が７．５〜１０％においてはＤＲ８相当の硬度であることを確認できた。
なお、上記結果（圧下率と調質度の関係）をプロットしたものを図１（ｂ）に示すが、当該図および図１（ａ）における鋼種１は表１の成分１を、鋼種２は成分３を意味する。また、図１（ａ）における鋼種３は表１の成分４を、鋼種４は成分５を意味する。
以上の結果から、本発明によれば、従来技術で頻発したジャンピングが生じることなく安定して湿式圧延することができるので、焼鈍工程まで単一成分系鋼帯で製造し、その後の調質圧延工程において圧下率を制御することにより、様々な調質度の缶用素材鋼板を安定して造り分けることができることを確認できた。これは表面処理鋼板用原板、特にぶりきやティンフリースチール（ＴＦＳ）などの缶用素材鋼板の製造プロセス全体の簡素化ひいてはコスト削減や省エネルギー化に資するものであり、その環境に与える影響ならびに経済的効果は極めて大きい。
また、従来技術によってジャンピングを防止しようとすると、潤滑剤残りによる潤滑むらやＮｏ．２スタンドでの異常延びが発生しやすいという弊害を生じたが、本発明によれば前記弊害を生じることなく、美麗な表面性状を満足する缶用素材鋼板を安定して製造することができることを確認できた。これは、製缶メーカのみならず、エンドユーザを含む社会的ニーズに適合するものであり、その社会的影響は極めて大きい。
また、従来技術によってジャンピングを防止しようとすると、潤滑剤残りによる潤滑むらやＮｏ．２スタンドでの異常延びが発生しやすいという弊害を生じたが、本発明によれば前記弊害を生じることなく、美麗な表面性状を満足する缶用素材鋼板を安定して製造することができることを確認できた。これは、製缶メーカのみならず、エンドユーザを含む社会的ニーズに適合するものであり、その社会的影響は極めて大きい。
次に、本発明者は、鋼板における圧延平行方向と圧延直角方向との機械的性質の差、いわゆる、鋼板の方向性の改善効果を確認するための試験を実施した。
表４に確認試験の条件を示すが、具体的には表１に示した成分の低炭素アルミキルド鋼（成分１〜３）に対し、実施例１の発明例１で用いた圧延ロールを使用して、圧下率が１．５〜８．５％の範囲（１．５〜６％はジャンピングの発生しやすい領域）で湿式の調質圧延を実施し、その結果得られる缶用素材鋼板の鋼種（硬度）、降伏点（ＹＰ）および伸び（ＥＬ）を測定した。その結果も表４に示す。
なお、比較例は、従来のショットブラストを用いた圧延ロールを使用して圧下率１．２〜１．４％の範囲で乾式圧延を行った場合について示すものであるが、この結果からも圧延平行方向と圧延直角方向とでは機械的性質に差が生じていることを確認することができる。例えば、比較例の中で比較的方向性の少ない比較例８においても、降伏点（ＹＰ）で１６ＭＰａ、伸び（ＥＬ）においては３．２％の差が生じている。
表４に確認試験の条件を示すが、具体的には表１に示した成分の低炭素アルミキルド鋼（成分１〜３）に対し、実施例１の発明例１で用いた圧延ロールを使用して、圧下率が１．５〜８．５％の範囲（１．５〜６％はジャンピングの発生しやすい領域）で湿式の調質圧延を実施し、その結果得られる缶用素材鋼板の鋼種（硬度）、降伏点（ＹＰ）および伸び（ＥＬ）を測定した。その結果も表４に示す。
なお、比較例は、従来のショットブラストを用いた圧延ロールを使用して圧下率１．２〜１．４％の範囲で乾式圧延を行った場合について示すものであるが、この結果からも圧延平行方向と圧延直角方向とでは機械的性質に差が生じていることを確認することができる。例えば、比較例の中で比較的方向性の少ない比較例８においても、降伏点（ＹＰ）で１６ＭＰａ、伸び（ＥＬ）においては３．２％の差が生じている。
これに対し、実施例１の発明例１で用いた圧延ロールを使用して、湿式の調質圧延を実施した本発明例６〜１３においては、降伏点（ＹＰ）の差で０．０〜１４．６ＭＰａ、伸び（ＥＬ）の差においては０．８〜５．０％の範囲内に収まっており、方向性の問題が改善されたことを確認できた。なお、図５（ａ）〜（ｃ）にＹＰ（Ｌ）−ＹＰ（Ｃ）相関図を示すが、（ａ）は発明例６、１０、比較例８の各２０サンプルを、（ｂ）は発明例７、１１、比較例９の各２０サンプルを、（ｃ）は発明例８、１２、比較例１０の各２０サンプルをプロットしたものである。また、図６（ａ）〜（ｃ）に時効ＥＬ（Ｌ）−ＥＬ（Ｃ）相関図を示すが、（ａ）は発明例８、１３、比較例１０の各２０サンプルを、（ｂ）は発明例７、１０、１１、１２の各２０サンプルを、（ｃ）は発明例６、９、比較例８、９の各２０サンプルをプロットしたものである。
なお、特開平８−３１１６０９では、焼きなまし処理をする為に均熱加熱後で焼きなまし処理前の冷却速度を６０℃／ｓ以上としている。この方法はＤＩ缶では特に有効であるが、汎用の缶用鋼板の場合には、焼きなまし処理は特に意識しないで均熱加熱後の冷却速度を通常２０℃／ｓ〜５０℃／ｓにしている。また、特開平８−３１１６０９ではＹＰ差が２ｋｇｆ／ｍｍ２以下（１９．６ＭＰａ以下）であるが、本発明では、１５ＭＰａ以下である。この理由は、ロール表面の穴により、鋼板が長手方向と幅方向に拘束されて、鋼板の変形が長手方向と幅方向で均一化された可能性が有る。
なお、特開平８−３１１６０９では、焼きなまし処理をする為に均熱加熱後で焼きなまし処理前の冷却速度を６０℃／ｓ以上としている。この方法はＤＩ缶では特に有効であるが、汎用の缶用鋼板の場合には、焼きなまし処理は特に意識しないで均熱加熱後の冷却速度を通常２０℃／ｓ〜５０℃／ｓにしている。また、特開平８−３１１６０９ではＹＰ差が２ｋｇｆ／ｍｍ２以下（１９．６ＭＰａ以下）であるが、本発明では、１５ＭＰａ以下である。この理由は、ロール表面の穴により、鋼板が長手方向と幅方向に拘束されて、鋼板の変形が長手方向と幅方向で均一化された可能性が有る。
以上の結果から、本発明によれば、鋼板の圧延平行方向と圧延直角方向における降伏点や伸び等の機械的性質に差のない、いわゆる方向性に優れた缶用素材鋼板を安定して製造できることを確認できた。これは、加工時のブランク取りにおける変形や、製品原板を切り出す際に印刷パターンが変形等する問題を解決するものであり、様々な形状や意匠性に優れた形状を要求されるスチール缶の製缶性の向上に資して、その製缶プロセスに与える影響ならびに経済的効果は極めて大きい。
１ 圧延用ロール
２ 穴
３ 穴の直径
４ 穴の縁
５ 穴の深さ
６ 穴の周囲の盛り上がり部の高さ（リム高さ）
７ 穴の面積率
８ 缶用素材鋼板
９ 表面が平滑な凸状円形突起
１０ 凸状円形突起の直径
１１ 凸状円形突起の周囲長
１２ 凸状円形突起の高さ
１３ 凹部
２ 穴
３ 穴の直径
４ 穴の縁
５ 穴の深さ
６ 穴の周囲の盛り上がり部の高さ（リム高さ）
７ 穴の面積率
８ 缶用素材鋼板
９ 表面が平滑な凸状円形突起
１０ 凸状円形突起の直径
１１ 凸状円形突起の周囲長
１２ 凸状円形突起の高さ
１３ 凹部
Claims (12)
- ロール表面に直径が３０〜１２０μｍである円形の穴を複数有し、当該穴縁の総長密度が５〜１５ｍｍ／ｍｍ２である圧延用ロールを用いて、湿式圧延を行うことを特徴とする缶用素材鋼板の調質圧延方法。
- ロール表面に直径が３０〜１２０μｍである円形の穴を複数有し、当該穴縁の総長密度が５〜１５ｍｍ／ｍｍ ２ 、穴の周囲の盛り上がり部の高さが１μｍ以下である圧延用ロールを用いて、湿式圧延を行うことを特徴とする缶用素材鋼板の調質圧延方法。
- １．５〜１０％の圧下率で湿式圧延を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の缶用素材鋼板の調質圧延方法。
- 質量％で、
Ｃ ：０．１％以下、
Ｓｉ ：０．０５％以下、
Ｍｎ ：０．０５〜０．４％、
ｓｏｌＡｌ：０．０１〜０．１％、
Ｎ ：０．００２〜０．０１％を含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼を、
ロール表面に直径が３０〜１２０μｍである円形の穴を複数有し、当該穴縁の総長密度が５〜１５ｍｍ／ｍｍ２ である圧延用ロール、またはロール表面に直径が３０〜１２０μｍである円形の穴を複数有し、当該穴縁の総長密度が５〜１５ｍｍ／ｍｍ ２ 、穴の周囲の盛り上がり部の高さが１μｍ以下である圧延用ロールを用いて、湿式圧延を行うことを特徴とする缶用素材鋼板の調質圧延方法。 - 前記湿式圧延の次に、表面粗度が１．０μｍＲａ以下のブライトロールを用いて圧延を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の缶用素材鋼板の調質圧延方法。
- ロール表面に直径が３０〜１２０μｍである円形の穴を複数有し、当該穴縁の総長密度が５〜１５ｍｍ／ｍｍ２、穴の周囲の盛り上がり部の高さが１μｍ以下であることを特徴とする缶用素材鋼板の調質圧延用ロール。
- ロール表面に直径が３０〜１２０μｍである円形の穴を複数有し、当該穴縁の総長密度が５〜１５ｍｍ／ｍｍ２、穴の面積率が５〜４０％、穴の周囲の盛り上がり部の高さが１μｍ以下、ロール表面の穴の直径を基準に穴の深さ方向の直径の変化量が３０％以下の部分をロール表面から３μｍ以上有することを特徴とする缶用素材鋼板の調質圧延用ロール。
- 突起の表面が平滑で、円形の直径が３０〜１２０μｍ、周囲長の総長密度が５〜１５ｍｍ／ｍｍ２、鋼板表面からの高さが１μｍ以下である凸状円形突起を鋼板表面に有することを特徴とする缶用素材鋼板。
- 突起の表面が平滑で、円形の直径が３０〜１２０μｍ、周囲長の総長密度が５〜１５ｍｍ／ｍｍ２、鋼板表面からの高さが１μｍ以下である凸状円形突起を鋼板表面に有し、当該凸状円形突起の周りに鋼板表面からの深さが１μｍ以下である凹みを有することを特徴とする缶用素材鋼板。
- 圧延平行方向と圧延直角方向との機械的性質の差が、降伏点で１５ＭＰａ以下、伸びが５％以下であることを特徴とする請求項８または９に記載の缶用素材鋼板。
- 質量％で、
Ｃ ：０．１％以下、
Ｓｉ ：０．０５％以下、
Ｍｎ ：０．０５〜０．４％、
ｓｏｌＡｌ：０．０１〜０．１％、
Ｎ ：０．００２〜０．０１％を含有し、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１０に記載の缶用素材鋼板。
- Ｔ３〜ＤＲ８のいずれかの調質度を有することを特徴とする請求項１１に記載の缶用素材鋼板。
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