JP6052412B2 - 缶用鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
(1)質量%で、C:0.0030%以上0.0100%以下、Si:0.05%以下、Mn:0.10%以上1.0%以下、P:0.030%以下、S:0.020%以下、Al:0.010%以上0.100%以下、N: 0.0050%以下、Nb:0.010%以上0.050%以下を含有し、CおよびNbの含有量が式(1)を満足し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、HR30T硬さが56以上、かつ、平均ヤング率が210GPa以上であることを特徴とする缶用鋼板。
0.10≦([Nb]/92.9)/([C]/12)<0.60 ・・・式(1)
[Nb]、[C]はそれぞれNb、Cの含有量(質量%)
(2)質量%で、C:0.0030%以上0.0100%以下、Si:0.05%以下、Mn:0.10%以上1.0%以下、P:0.030%以下、S:0.020%以下,Al:0.010%以上0.100%以下、N:0.0050%以下、Nb:0.010%以上0.050%以下を含有し、CおよびNbの含有量が式(1)を満足し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、HR30T硬さが56以上、かつ、平均ヤング率が210GPa以上であり、板厚1/4面にて測定した集合組織が、BungeのEuler角表示で、φ1=30°、Φ=55°、φ2=45°の方位の集積強度が6.0以上、かつ、φ1=0°、Φ=0〜35°、φ2=45°の方位の平均集積強度が3.0以上10.0以下であることを特徴とする缶用鋼板。
0.10≦([Nb]/92.9)/([C]/12)<0.60 ・・・式(1)
[Nb]、[C]はそれぞれNb、Cの含有量(質量%)
(3)フェライト平均結晶粒径が7μm未満であることを特徴とする上記(1)または(2)に記載の缶用鋼板。
(4)さらに、質量%で、成分組成としてTi:0.020%以下、Mo:0.020%以下の内から選ばれる一種以上を含有することを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかに記載の缶用鋼板。
(5)上記(1)または(2)に記載の化学成分を有する鋼スラブを、加熱温度1100℃以上にて加熱し、熱延仕上げ温度800〜950℃として圧延した後、巻取り温度500〜700℃にて巻取り、酸洗して、85%以上の圧下率で冷間圧延し、再結晶温度以上で焼鈍を行うことを特徴とする缶用鋼板の製造方法。
(6)上記(1)または(2)に記載の化学成分を有する鋼スラブを、加熱温度1100℃以上にて加熱し、熱延仕上げ温度800〜950℃として圧延した後、巻取り温度500〜700℃にて巻取り、酸洗して、85%以上93%以下の圧下率で冷間圧延し、再結晶温度以上で焼鈍を行うことを特徴とする缶用鋼板の製造方法。
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。
さらに、本発明の缶用鋼板を用いれば、外圧に対する缶胴部の座屈強度が、製缶および飲料メーカーが設けている基準値(約1.5kgf/cm2)より高い缶体を容易に製造することが出来る。したがって、本発明によれば、食缶や飲料缶等に使用される缶体の剛性が向上し、鋼板の更なる薄肉化が可能になり、省資源化および低コスト化を達成することができ、産業上格段の効果を奏する。
また、本発明の缶用鋼板は十分な硬さを維持しつつ、良好な絞り加工性を有しており、さらに缶胴部成形後に行われるネック加工、次いで行われるフランジ成形のいずれにおいても成形性に優れる。
本発明の缶用鋼板は、2ピース缶の成形に必要な良好な絞り加工性を具備するとともに,鋼板面内方向のヤング率が平均的に高く、缶胴部の座屈強度を向上させることが出来るため、特に2ピース缶向けとして好適である。これは、2ピース缶のように、絞り加工が含まれる容器では、鋼板の特定の方向が、製缶後の缶胴方向にならないため、缶胴部の座屈強度を向上させるためには、鋼板面内方向のヤング率を平均的に向上させることが必要となるためである。
そして、本発明による鋼板の適用範囲は、各種金属缶のみならず、乾電池内装缶、各種家電・電気部品、自動車用部品等の幅広い範囲への適用も期待できる。
本発明の缶用鋼板は、成分組成が質量%で、C:0.0030%以上0.0100%以下、Si:0.05%以下、Mn:0.10%以上1.0%以下、P:0.030%以下、S:0.020%以下、Al:0.010%以上0.100%以下、N: 0.0050%以下、Nb:0.010%以上0.050%以下を含有し、CおよびNbの含有量が式(1)を満足し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、HR30T硬さが56以上、圧延方向、圧延45°方向および圧延直角方向から計算される平均ヤング率が210GPa以上である。そして、本発明の缶用鋼板は、上記成分組成を有する鋼スラブに、加熱温度1100℃以上にて加熱し、熱延仕上げ温度800〜950℃として圧延した後、巻取り温度500〜700℃にて巻取り、酸洗して、85%以上の圧下率で冷間圧延し、再結晶温度以上で焼鈍を行うことで製造可能である。
C:0.0030%以上0.0100%以下
Cは本発明において特に重要な元素である。NbCによる結晶粒微細化および固溶Cにより硬さが上昇し、さらにαファイバーの一部である(001)[1-10]〜(112)[1-10]方位(BungeのEuler角表示でφ1=0°、Φ=0〜35°、φ2=45°)の集合組織が発達し、ヤング率が向上する。これらの効果を得るためにはCを0.0030%以上とする必要がある。特に結晶粒微細化による硬さ上昇効果の観点からは、0.0040%以上とすることが好ましい。一方、Cを0.0100%超えで含有すると、(001)[1-10]〜(112)[1-10]方位の集合組織が過剰に発達するとともに、(111)[1-21]方位(BungeのEuler角表示でφ1=30°、Φ=55°、φ2=45°)の集合組織が発達しなくなり平均ヤング率が低下する。さらに、異方性が大きくなることから絞り加工時に耳が大きくなり、絞り加工性が低下する。これらの理由により、Cの上限を0.0100%とする。特に(111)[1-21]方位の集合組織の発達による平均ヤング率の向上の観点からは、Cは0.0080%以下とすることが好ましい。
Nbは、本発明において、Cと共に最も重要な役割を有する元素である。すなわち、Nbは、熱延板の組織を微細にすることに加え、NbCを生成してピン止め効果により焼鈍板の結晶粒を微細化し、硬さの上昇に寄与する効果がある。加えて、NbC自体の析出強化により、硬さの上昇に寄与する。同時に熱延板の結晶粒微細化により、(111)[1-21]方位および(001)[1-10]〜(112)[1-10]方位の集合組織の発達に寄与し、平均ヤング率が向上する。これらの効果を得るため、Nbは0.010%以上とする必要がある。さらに、Nbは0.015%以上とすることが好ましい。一方、Nbは、0.050%を超えると、NbCの生成が多くなり、固溶Cが減少して(001)[1-10]〜(112)[1-10]方位の集合組織が発達せず、平均ヤング率が低下する。加えて、NbCが粗大化しやすくなり、ピン止め効果が小さくなることで焼鈍板の結晶粒が粗大になり硬さが低下する。このため、Nbの上限は0.050%とする。好ましくは0.040%以下であり、さらに好ましくは0.030%以下である。
[Nb]、[C]はそれぞれNb、Cの含有量(質量%)
本発明において、CおよびNbは、それぞれの含有量を所定の範囲内とすることに加え、バランスを調節することで、缶用鋼板として好適な硬さ、平均ヤング率、絞り加工性を向上させることが出来る。([Nb]/92.9)/([C]/12)が0.10より低い場合、固溶Cが過剰になり、(111)[1-21]方位の集合組織の発達が阻害されて平均ヤング率が低下する。加えて、(001)[1-10]〜(112)[1-10]方位の集合組織が過剰に発達して、絞り加工時の耳が大きくなって絞り加工性が低下する。([Nb]/92.9)/([C]/12)が0.60以上では、NbCが粗大化し易くなり、ピン止め効果が小さくなることで、焼鈍板での結晶粒が粗大化して硬さが低下する。加えて、固溶Cが著しく低下するため、(001)[1-10]〜(112)[1-10]方位の集合組織が発達しなくなり、異方性のバランスが変化し、絞り加工での耳が大きくなり絞り加工性が低下する。このため、CおよびNbは、0.10≦([Nb]/92.9)/([C]/12)<0.60とする必要がある。好ましくは、0.10≦([Nb]/92.9)/([C]/12)<0.40である。
Siは、多量に添加すると鋼板表面への濃化により表面処理性を劣化させ、さらに耐食性を低下させる。そのため、Siは、0.05%以下とする必要がある。好ましくは0.02%以下である。
Mnは、固溶強化により鋼板の硬さを向上させる効果や、MnSを形成することで、鋼中に含まれるSに起因する熱間延性の低下を防止する効果がある。これの効果を得るためには、Mnは、0.10%以上添加が必要である。さらに、MnはAr3変態点を低下させることにより、熱延板の結晶粒が微細化する。これにより、焼鈍板の集合組織発達に寄与し、平均ヤング率を向上させる効果がある。この観点からは、Mnは、0.25%以上とすることが好ましい。一方、Mnが1.0%を超えると、焼鈍時に集合組織が発達しにくくなり、特に(111)[1-21]方位が低下して、平均ヤング率が低下するため、Mnの上限を1.0%とする。好ましくは0.60%以下である。
Pは、多量に添加すると鋼板の過剰な硬質化や中央偏析により成形性を低下させ、さらに耐食性を低下させる。このため、Pの上限は0.030%とする。好ましくは0.020%以下である。
Sは、鋼中で硫化物を形成して、熱間延性を低下させる。よって、Sの上限は0.020%以下とする。好ましくは0.015%以下である。
Alは、脱酸剤として添加される元素である。また、Nと結合してAlNを形成することにより、鋼中の固溶Nを減少させ、絞り加工性や耐時効性を向上させる効果を有する。これらの効果を得るためには、Alは、0.010%以上の添加が必要である。Nb窒化物が生成すると有効なNb量が低下するため、優先的にAlNを生成させることが好ましく、この観点から、Alは、0.050%以上とすることが好ましい。過剰に添加しても、上記効果が飽和するだけでなく、製造コストが上昇する。また、アルミナなどの介在物が増加して絞り加工性が低下するなどの問題が生ずる。このため、Alの上限は0.100%である。
Nは、AlやNb等と結合し窒化物や炭窒化物を形成し熱間延性を害するため、少ないほど好ましい。また、多量に添加されると集合組織の発達が阻害され平均ヤング率が低下する。そのため、上限を0.0050%とする必要がある。一方、Nを安定して0.0010%未満とするのは難しく、製造コストも上昇する。よって、Nは好ましくは0.0010%以上である。
残部はFeおよび不可避的不純物である。
上記の成分組成に加えて、本発明では、以下の元素を添加することができる。
Ti:0.020%以下、Mo:0.020%以下の内から選ばれる一種以上
TiおよびMoは、炭化物を形成する元素であり、ピン止め効果により焼鈍板の結晶粒径を微細化し硬さの向上に寄与する効果がある。TiまたはMo炭化物自体の析出強化により、硬さの上昇に寄与するだけでは無く、粗大化しにくいNbとの複合炭化物を形成し、焼鈍板の結晶粒の微細化や硬さの上昇の効果を高めることが出来る。添加する場合は、これらの向上効果を確実に得るためには、Ti:0.005%以上、Mo:0.005%以上が好ましい。一方、過剰に添加すると、固溶Cが減少して(001)[1-10]〜(112)[1-10]方位の集合組織が発達せず、平均ヤング率が低下する。このため、Ti、Moを添加する場合は、Ti: 0.020%以下、Mo:0.020%以下とする。(111)[1-21]方位の集合組織を発達させ、かつ、炭化物の粗大化を抑制する観点から、以下の式を満足することが好ましい。
0.10≦([Nb]/92.9+[Ti]/47.9+[Mo]/95.4)/([C]/12)≦2.0
[Nb]、[Ti]、[Mo]、[C]はそれぞれNb、Ti、Mo、Cの含有量(質量%)
HR30T硬さ:56以上
缶の落下、缶の積み重ねおよび自動販売機内の搬送等により、荷重を受けた際の塑性変形を防止するためには、鋼板を硬質化させることが必要である。このため、ロックウェルスーパーフィシャル硬さ(スケール30T、HR30T)で56以上とする必要がある。好ましくは58以上である。硬さが大きくなり過ぎると成形性が低下するため、63以下とすることが好ましい。測定方法の詳細は実施例に後述する。上述の化学成分を含有する鋼を熱間圧延するに際し、工程において、所定の範囲の仕上げ温度、巻取り温度とすることで熱延板の組織を微細化する。所定の圧下率にて冷間圧延し、再結晶温度以上で焼鈍することにより、焼鈍板の結晶粒を微細化しつつ、NbCの粗大化を抑制する。以上により、HR30T硬さで56以上とすることが出来る。
平均ヤング率は、本発明において特に重要な要件である。2ピース缶のように、絞り加工が含まれる容器では、鋼板の特定の方向が、製缶後の缶胴周方向にならないため、鋼板面内方向のヤング率を平均的に向上させることで、缶胴部の座屈強度を向上させることが出来る。本発明においては、平均ヤング率は、圧延方向のヤング率(E[L])、圧延方向から45°方向のヤング率(E[D])、圧延直角方向のヤング率(E[C])から(E[L]+2E[D]+E[C])/4として算出される。
平均ヤング率を210GPa以上とすることで、缶胴部の座屈強度向上効果が得られる。好ましくは215GPa以上である。測定方法の詳細は実施例に後述する。平均ヤング率をこのような範囲とする方法としては、集合組織を以下に述べる状態に発達させることが好ましい。すなわち、鋼成分を所定の範囲内とし、特にCとNbのバランスを制御し、熱延工程にて、仕上げ温度および巻取温度を制御することにより、冷延および焼鈍工程での集合組織の発達を促進し、85%以上の冷間圧延と再結晶焼鈍することにより、望ましい集合組織が得られる。
本発明においては、集合組織を制御することで、平均ヤング率を向上させて缶胴部の座屈強度向上効果が得られることに加え、さらに、絞り加工時の耳の発生を抑え、絞り加工性を向上させることができる。(111)[1-21]方位(BungeのEuler角表示で、φ1=30°、Φ=55°、φ2=45°の方位)は、平均ヤング率の向上に効果的な結晶方位であり、6.0以上とすることが好ましい。8.0以上とすることがさらに好ましい。(001)[1-10]〜(112)[1-10]方位(BungeのEuler角表示で、φ1=0°、Φ=0〜35°、φ2=45°の方位)は、特に圧延直角方向のヤング率を向上させることにより、平均ヤング率の向上に効果があることに加え、(111)[1-21]方位と同時に集合組織を発達させることにより絞り加工時の耳の発生を抑制し絞り加工性を向上することが出来る。このため、(001)[1-10]〜(112)[1-10]方位の平均集積強度を3.0以上とすることが好ましい。6.0以上とすることがさらに好ましい。一方、(001)[1-10]〜(112)[1-10]方位の集合組織が過剰に発達すると、異方性のバランスが変化して逆に耳の発生が大きくなるため、10.0以下とすることが好ましい。集合組織は、一般に板厚位置により変化するが、本願発明においては、板厚1/4面での測定値と、ヤング率や絞り加工性と良好な相関が得られたため、測定位置を板厚1/4面とした。
フェライト平均結晶粒径:7μm未満(好適条件)
焼鈍板のフェライト平均結晶粒径を7μm未満とすることで、所定の硬さが得られやすくなり、搬送等での荷重を受けた際の塑性変形を防止する効果がより一層得られる。さらに、鋼板表面に有機皮膜を被覆したラミネート鋼板とする場合は、フェライト平均結晶粒径を微細にすることにより、製缶加工時の肌荒れが抑制されて有機皮膜の密着性が向上し、良好な耐食性得られる。よって、フェライト平均結晶粒径は好ましくは7μm未満、より好ましくは、6.5μm未満である。
本発明の缶用鋼板は、上記成分組成を有する鋼スラブに、加熱温度1100℃以上にて加熱し、熱延仕上げ温度800〜950℃として圧延した後、巻取り温度500〜700℃にて巻取り、酸洗して、85%以上の圧下率で冷間圧延し、再結晶温度以上で焼鈍を行うことで製造される。
熱間圧延前の加熱温度が低すぎると、粗大なNbCが残留し、結晶粒の微細化効果や析出強化による硬さ上昇効果が得られにくい。よって、熱間圧延前の加熱温度は1100℃以上とする。加熱温度が高すぎるとスケールが過剰に発生して製品表面の欠陥になりやすい。よって、1300℃以下とすることが好ましい。
熱延仕上げ圧延温度が950℃よりも高くなると、熱延板の結晶粒が粗大になり、集合組織の発達を阻害すると共に、焼鈍板の結晶粒が粗大になり硬さが低下する。熱延仕上げ圧延温度が800℃未満となると、変態点以下の圧延となり、粗大粒の生成や加工組織の残存により、集合組織が発達しにくくなる。よって、熱延仕上げ圧延温度は、800〜950℃とする。好ましくは850〜950℃とする。
熱延後の巻取温度が700℃を超えると、NbCが粗大化してピン止め効果が小さくなる。加えて、熱延板の結晶粒が粗大になることで焼鈍板の結晶粒が粗大になってしまい硬さが低下する。さらに、熱延板の結晶粒が粗大になることで集合組織の発達は阻害され、平均ヤング率が低下する。以上の理由により、熱延後の巻取温度は700℃以下とする。好ましくは650℃以下とする。巻取温度が低すぎる場合には、NbCの析出が十分に起こらず、ピン止め効果が低下することや析出強化が低下するため、焼鈍板の硬さが低下してしまう。また、固溶Cが過剰となってしまうため、(111)[1-21]方位の集合組織の発達が阻害されて平均ヤング率が低下し、(001)[1-10]〜(112)[1-10]方位の集合組織が過剰に発達して異方性のバランスが劣化するため、絞り加工での絞り加工性を低下させる。このため、熱延後の巻取温度は500℃以上とする。好ましくは530℃以上とする。
冷間圧延の圧下率は、集合組織の発達による平均ヤング率向上とHR30T硬さ56以上を達成するために、85%以上とする。圧下率85%未満では、集合組織が十分に発達せず、平均ヤング率が低下する。加えて、結晶粒が粗大化して所定の硬さが得られない。集合組織の発達の観点から好ましくは88%以上である。冷間圧延の圧下率が高すぎると、異方性が大きくなりすぎ、絞り加工性が低下するため、93%以下とすることが好ましい。より好ましくは90%未満である。
集合組織の制御および絞り加工性の向上の観点から、焼鈍温度は再結晶温度以上とする。粒成長による集合組織の発達の観点からは710℃以上にて10s以上の均熱をおこなうことが好ましい。さらに好ましくは740℃以上である。温度が高すぎると、結晶粒が粗大となり、また、NbCも粗大化して、硬さが低下するため、焼鈍温度は800℃以下とすることが好ましい。焼鈍方法は限定するものではないが、材質の均一性の観点から連続焼鈍法が好ましい。本願でいう再結晶温度は、再結晶が十分に進行する温度を意味し、具体的には面積率で再結晶率が99%以上となる温度である。
焼鈍後の鋼板は、形状矯正ならびに表面粗さおよび硬さの調整の観点から、調質圧延を施すことが好ましい。ストレッチャーストレイン発生の抑制の観点から、0.5%以上の圧下率で圧延するのが好ましい。一方、圧下率が5.0%以上を超える圧下率で圧延すると、鋼板が硬質化することにより絞り加工性が低下するとともに異方性が大きくなり、絞り加工での耳が大きくなる。そのため、調質圧延圧下率は5.0%以下とすることが好ましい。さらに好ましくは0.7%〜3.5%である。
本発明の鋼板の板厚は限定されるものでは無いが、薄肉化の観点からは0.25mm以下とすることが好ましい。また、板厚が薄くなり過ぎると、缶胴部の座屈強度が低下しやすくなるため、板厚は0.16mm以上とすることが好ましい。
フェライト平均結晶粒径を測定した光学顕微鏡写真を用いて、画像処理により、再結晶した領域の面積率を求め、再結晶率とした。再結晶率が99%以上の場合に再結晶しているものと判定し、○とし、99%未満のものを未再結晶と判定し、×とした。
平均ヤング率の評価は、圧延方向に対して0°、45°および90°方向を長手方向として、10×35mmの試験片を切り出し、横振動型の共振周波数測定装置を用いて、American Society for Testing Materialsの基準(C1259)に従い、各方向のヤング率(GPa)を測定し、(E[L]+2E[D]+E[C])/4により平均ヤング率を算出した。
Claims (5)
- 質量%で、C:0.0030%以上0.0100%以下、Si:0.05%以下、Mn:0.25%以上1.0%以下、P:0.030%以下、S:0.020%以下、Al:0.010%以上0.100%以下、N: 0.0050%以下、Nb:0.010%以上0.050%以下を含有し、CおよびNbの含有量が式(1)を満足し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、HR30T硬さが58以上、かつ、平均ヤング率が210GPa以上であり、板厚1/4面にて測定した集合組織が、BungeのEuler角表示で、φ 1 =30°、Φ=55°、φ 2 =45°の方位の集積強度が6.0以上、かつ、φ 1 =0°、Φ=0〜35°、φ 2 =45°の方位の平均集積強度が3.0以上10.0以下であることを特徴とする缶用鋼板。
0.10≦([Nb]/92.9)/([C]/12)<0.60 ・・・式(1)
[Nb]、[C]はそれぞれNb、Cの含有量(質量%) - フェライト平均結晶粒径が7μm未満であることを特徴とする請求項1に記載の缶用鋼板。
- さらに、質量%で、成分組成としてTi:0.020%以下、Mo:0.020%以下の内から選ばれる一種以上を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の缶用鋼板。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の缶用鋼板の製造方法であって、鋼スラブを、加熱温度1100℃以上にて加熱し、熱延仕上げ温度800〜950℃として圧延した後、巻取り温度500〜700℃にて巻取り、酸洗して、85%以上の圧下率で冷間圧延し、再結晶温度以上で焼鈍を行うことを特徴とする缶用鋼板の製造方法。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の缶用鋼板の製造方法であって、鋼スラブを、加熱温度1100℃以上にて加熱し、熱延仕上げ温度800〜950℃として圧延した後、巻取り温度500〜700℃にて巻取り、酸洗して、85%以上93%以下の圧下率で冷間圧延し、再結晶温度以上で焼鈍を行うことを特徴とする缶用鋼板の製造方法。
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