TWI390054B - Steel plate for high strength container and method for manufacturing the same - Google Patents

Description

高強度容器用鋼板及其製造方法

本發明係關於一種高強度容器用鋼板及其製造方法，該高強度容器用鋼板可較佳地用作於焊接等之3片加工或抽引光滑加工(DI，Drawing and Ironing)等之2片加工後，進行直徑形狀之縮小或擴大加工之容器用素材。

近年來，為了降低成本，又，為了削減所利用之資材及減輕環境負擔，用以使作為素材之鋼材(鋼板)之產品板厚變薄的產品正進行開發中。

又，若使產品板厚變薄，則剛性會下降，因此，為了彌補該剛性之下降，亦必須達到鋼材之高強度化。然而，於實現鋼材之高強度化時，由於鋼材硬質化，因此有於凸緣加工及頸化加工時產生破裂之問題。

針對上述問題，目前已提出各種製造方法。

例如，於專利文獻1中已提出如下之方法：對鋼中之成分進行管理，使其處於固定之範圍內，以(Ar3變態點-30℃)以上結束熱軋，其後，於酸洗、冷軋之後，進行連續退火，實施2次冷軋。

然而，於專利文獻1之方法中存在如下問題：為了不使凸緣加工性、頸部加工性以及耐蝕性劣化而將P設為0.02wt%以下，並將2次冷軋之軋縮率設為15～30%，因此，難以有效率地對薄產品進行處理，不易進行生產，而且容易產生外觀不良。進而亦存在如下問題：有時會於板坯表層中產生破裂，導致產品之良率下降。又，難以穩定地進行製造，必須有所改善。

又，作為硬質之容器用鋼板之代表性製造方法，已提出有下述之方法，可根據退火種類而適當地選擇使用下述方法(例如非專利文獻1)。

熱軋→酸洗→冷軋→箱型退火(BAF，Box Annealing Furnace)→第2次冷軋(軋縮率：20～50%)

熱軋→酸洗→冷軋→連續退火(CAL，Continuous Annealing Line)→第2次冷軋(軋縮率：20～50%)

然而，於上述之方法中，第2次冷軋中之軋縮率高達20～50%，軋延負重高，因此操作效率變低。又，為了提高軋延時之潤滑性而使用有黏度高之各種軋延油，因此，存在有因軋延油之濃度不均或部分之油附著而引起軋延後之外觀不良之問題。進而，於軋延軋縮率高之情形時，由於藉由軋延而使鋼板延伸，因此，鋼板之寬度方向與軋延方向之耐力差變大。

相對於此，可考慮將第2次冷軋中之軋縮率抑制得較低之方法。然而，於使軋縮率變低之情形時，難以獲得所需之耐力。

專利文獻1　日本專利第3108615號公報

非專利文獻1「我國之罐用表面處理鋼板之技術史」日本鐵鋼協會平成10年10月30日發行p.188

如此，於欲獲得產品板厚較薄之容器用鋼板之情形時，現狀仍處於未有滿足強度、加工性及生產性之製造方法，而業者期望出現該製造方法。

本發明係鑒於上述內容而成者，目的在於提供一種容器用鋼板及其製造方法，該容器用鋼板具有拉伸強度TS為500MPa以上之強度，且板寬度方向與軋延方向之耐力差為40MPa以下，而且加工性優異。

本發明者等為了解決上述問題而進行了專心研究。結果獲得以下之見解。

本發明者發現：若將作為成分組成之P確保為一定以上，並以低於習知之軋延軋縮率之軋縮率(10%以上且未滿20%)進行第2次冷軋，則外觀之不適性較少，而且，寬度方向與軋延方向之耐力差小，可確保高強度之材質。

如上所述，於本發明中，根據上述見解而對成分進行管理，藉此，完成了高強度容器用鋼板。

本發明係基於以上之見解者，其要旨如下所述。

[1]一種高強度容器用鋼板，以質量%計，含有C：0.001～0.10%、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：0.007～0.100%，剩餘部分由Fe以及不可避免之雜質所構成，拉伸強度TS為500MPa以上，且板寬度方向與軋延方向之耐力差為40MPa以下。

[2]一種高強度容器用鋼板之製造方法，其特徵在於：以精軋溫度：(Ar3變態點溫度-30)℃以上、捲繞溫度：400～750℃，對以質量%計，含有C：0.001～0.10%、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：0.007～0.100%且剩餘部分由Fe以及不可避免之雜質所構成之鋼進行熱軋，進行酸洗、冷軋之後，進行連續退火，接著，以10%以上且未滿20%之軋縮率進行第2次冷軋。

再者，於本說明書中，表示鋼之成分之%均係質量%。又，於本發明中，所謂「高強度容器用鋼板」，係指拉伸強度TS為500MPa以上之容器用鋼板。

又，本發明之高強度容器用鋼板係以容器用素材、罐用素材為對象。無論有無表面處理，實施鍍錫、鍍鎳錫、鍍鉻(所謂之無錫鍍敷)，或者進而實施有機包覆等，可應用於極廣泛範圍之用途。

而且，板厚並無特別之限定，但考慮到獲得最大限度地利用本發明之效果，板厚為0.30mm以下，更佳為0.20mm以下。尤佳為0.170mm以下。

以下，對本發明進行詳細說明。

本發明之容器用鋼板係TS為500MPa以上，且板寬度方向與軋延方向之耐力差為40MPa以下之高強度容器用鋼板。而且，於本發明中，藉由添加P而提高並確保第2次冷軋前之強度，因此，可不提高第2次冷軋(以下，有時亦稱為2次冷軋)中之軋縮率而進行製造，故而可提供一種生產性優異之方法。

對本發明之容器用鋼板之成分組成加以說明。

C：0.001～0.10%

若C成分較多，則會過分地使2次冷軋後之鋼板硬質化，從而使製罐性及頸部加工性劣化。又，上述C成分係因焊接部之顯著硬質化而於凸緣加工時產生受熱區域(HAZ，Heat Affected Zone)破裂之元素。若C超過0.10%，則該等影響變得顯著，因此，將C設為0.10%以下。另一方面，若C成分變得極低，則為了維持容器之強度，必須實施高軋縮率之二次冷軋，因此，將C設為0.001%以上。較佳設為0.020～0.050%。

Si：0.04%以下

若添加大量之Si，則會產生表面性狀之劣化、耐腐蝕性之劣化等。因此，將Si設為0.04%以下。

Mn：0.1～1.2%

Mn係有效地防止由S造成之熱破裂之元素。而且，根據S量而添加該Mn，藉此可獲得防止破裂之效果。又，亦有使結晶粒微細化之作用。為了發揮該等效果，至少必須添加0.1%以上之Mn。另一方面，若大量地添加，則會表現出耐腐蝕性劣化之傾向，同時，過分地使鋼板硬質化，從而使凸緣加工性、頸部加工性劣化，因此，將上限設為1.2%。較佳設為0.35%以下。

P：0.007～0.100%

P係用以使鋼硬質化且獲得所需之強度之必要成分，於本發明中係最為重要之要件。為了獲得該效果，含有0.007%以上之P。另一方面，若過分地含有過剩之量之P成分，則會使耐腐蝕性劣化。而且會使凸緣加工性及頸部加工性劣化。若上述P成分超過0.100%，則該等劣化變得顯著，因此，將上限設為0.100%。較佳設為0.010～0.020%。

S：0.10%以下

S係作為夾雜物而存在於鋼中，使鋼板之延性減少，進而使耐腐蝕性劣化之元素。因此，設為0.10%以下。較佳設為0.030%以下。

Al：0.001～0.100%

Al係對鋼進行脫氧所必需之元素。若其量未滿0.001%，則脫氧變得不充分，導致由夾雜物引起之凸緣加工性之劣化及頸部加工性之劣化。因此，設為0.001%以上。另一方面，Al會與N成分鍵結，使固溶N減少，但若固溶N過度地減少，則無法獲得所需之強度。因此，設為0.100%以下。較佳設為0.020～0.080%。

N：0.10%以下

N係有效地提高強度而不會導致焊接部之硬度上升之元素。然而，若含量過多，則鋼板會顯著地硬質化，於軋延素材(板坯)上產生破裂缺陷之危險性顯著地增大，反而會使凸緣加工性及頸部加工性劣化。因此，將N設為0.10%以下。較佳設為0.05%以下。又，自防止板坯破裂之觀點考慮，更佳為未滿0.01%。進而更佳為0.005%以下。如此，可藉由減少N而減少板坯破裂，無需對板坯進行處理，便可使良率提高。

剩餘部分係設為Fe以及不可避免之雜質。

上述成分以外之剩餘部分為Fe以及不可避免之雜質。再者，作為不可避免之雜質，例如可允許存在0.01%以下之Sn。

本發明之容器用鋼板具有上述組成，同時，具有500MPa以上之TS，板寬度方向與軋延方向之耐力差為40MPa以下。由於具有500MPa以上之TS，因此即便使板厚變薄，剛性亦不會下降。而且，由於將板寬度方向與軋延方向之耐力差設為40MPa以下，因此，於凸緣加工或頸化加工時不會產生破裂。

其次，對本發明之高強度容器用鋼板之製造方法加以說明。

藉由使用有轉爐等之通常已眾所周知之熔製方法，對上述組成之熔鋼進行熔製，接著，利用連續鑄造法等之通常已眾所周知之鑄造方法而形成軋延素材(板坯)。繼而，使用該等軋延素材，藉由熱軋而形成熱延板。

板坯抽出溫度：1050～1300℃(適當條件)

若將板坯之抽出溫度設為1050℃以上，則於下一步驟之熱延中，可確保充分高之熱延結束溫度。另一方面，若將加熱溫度設為1300℃以下，則鋼板之表面性狀最終不會劣化。因此，板坯加熱溫度較佳為1050℃以上且為1300℃以下。

精軋溫度(熱軋結束溫度)：(Ar3變態點溫度-30)℃以上

為了使後續步驟之冷軋性及產品特性良好，必須將熱軋結束溫度設為(Ar3變態點-30)℃以上。若未滿(Ar3變態點-30)℃，則最終之產品之金屬組織會粗粒化，於製罐時，罐的外表容易變得粗糙。又，若熱軋結束溫度變成低溫，則會產生起皺現象，容易產生成形加工後之外觀不良。因此，將熱軋結束溫度設為(Ar3變態點-30)℃以上。

捲繞溫度：400～750℃

若捲繞溫度過低，則熱延板之形狀會劣化，妨礙下一步驟之酸洗、冷軋之操作，因此，將捲繞溫度設為400℃以上。另一方面，若該捲繞溫度變得過高，則於熱延母板之階段會析出氮化鋁，無法確保充分之固溶N以用於強化。又，於熱延母板中形成凝聚有碳化物之組織，該組織會對鋼板之耐腐蝕性造成不良影響。進而，隨著於鋼板表面產生之鏽皮厚度之增大，酸洗性劣化。為了避免該等不良情形，必須將上述捲繞溫度設為750℃以下。

對以上述方式製造之熱延板實施酸洗、冷軋，從而形成冷延板。酸洗係按照通常之方法，利用鹽酸、硫酸等之酸而將表面鏽皮除去即可。

(酸洗後之)冷軋中之軋縮率：80%以上(適當條件)

若軋縮率未滿80%，則於退火之後，有無法使組織充分地細粒化之情形，因此，軋縮率較佳為80%以上。再者，為了如本發明般，利用以極低碳鋼為素材之鋼板而達成組織之充分之微細化，軋縮率更佳為85%以上。另一方面，無需特別地確定軋縮率之上限，考慮熱軋、冷軋之設備列之能力等而適當地進行設定。

退火溫度：800℃以下之再結晶溫度(適當條件)

若於鋼板中殘存有未再結晶之組織，則會導致製罐時之成形性不良、外觀不良等，因此，必須藉由連續退火而實施再結晶處理。然而，若過度地提高退火溫度，則於連續退火時會產生熱皺損或板斷裂等之缺陷。繼而，藉由異常之結晶粒成長，導致外觀特性之劣化之危險性變高。因此，退火溫度較佳為800℃以下之再結晶溫度區域。

又，若處於上述溫度範圍內，則無需特別地保持為固定之溫度。考慮到操作之穩定性，若均熱相當時間為10s以上，則已充分。

2次冷軋之軋縮率：10%以上且未滿20%(較佳為10%以上且未滿15%)

為了確保焊接罐之耐壓強度、即鋼板之降伏強度，需要連續退火後之2次冷軋。尤其，若考慮使用質地比先前之材料更軟之極低碳鋼作為素材之情形，則2次冷軋之軋縮率必須至少為10%。另一方面，若軋縮率為20%以上，則材質特性之異向性變大，板寬度方向與軋延方向之耐力差超過40MPa。又，使新板布置法(使鋼板之軋延方向與罐體之軸方向平行之板布置法)中之凸緣加工性及頸部加工性顯著地劣化。進而，藉由製罐時之焊接，應變之開放量變大，焊接熱影響部中之軟化變得顯著，因此，容易產生凸緣破裂。因此，將上述2次冷軋之軋縮率設為未滿20%。進而，為了確保延伸率並抑制耐凸緣破裂性以及外觀不良，上述2次冷軋之軋縮率較佳為10%以上且未滿15%。

本發明中，於2次冷軋之後，在冷延鋼板之表面(至少單面)上形成鍍敷層，從而可形成鍍敷鋼板。形成於表面之鍍敷層係可使用適合用於容器用鋼板之任一者。作為鍍敷層，可例示鍍錫、鍍鉻、鍍鎳、以及鍍鎳鉻。又，亦可於該等鍍敷處理之後，進行塗裝，貼合有機樹脂薄膜等。

[實施例]

於轉爐中，對含有表1所示之成分且剩餘部分由Fe及不可避免之雜質所構成之鋼進行熔製，利用連續鑄造法而形成板坯。繼而，將板坯抽出溫度設為1200℃，將熱延精軋溫度設為900℃，將捲繞溫度設為650℃，對該等板坯實施熱軋，形成精軋厚度為2.0mm之熱延板。其後，藉由酸洗而對該等熱延板實施脫鏽皮處理，進而實施軋縮率為90%之冷軋，形成完成厚度為0.20mm之冷延板，接著，進行均熱溫度為750℃、均熱時間為10～30s之連續退火，以及表2及表3所示之軋縮率之2次冷軋，從而形成冷延鋼板。

對以上所獲得之鋼板進行以下之試驗，並對特性進行評價。

(i)拉伸試驗

採用JIS 13號-B拉伸試驗片，以10mm/s之應變速度、夾具移動速度，自該等冷延鋼板之寬度方向之中央部朝軋延(L)方向實施拉伸試驗，對拉伸強度TS以及降伏強度YS進行測定。再者，拉伸試驗係於產品化後1天以內實施。將拉伸試驗片設為JIS 13號-B試驗片之原因在於，極力地減少於標點外產生斷裂之現象。

關於該等冷延鋼板，按照JIS Z 2245之規定，對HR30T硬度進行測定。

(ii)寬度方向與軋延方向上之耐力差

求出藉由上述(i)之拉伸試驗所測定之YS、與以與(i)同樣之方式對板寬度(C)方向上採用之JIS 13號-B拉伸試驗片進行測定所得之YS的差。

(iii)頸化加工性

對該等冷延鋼板實施鍍Sn處理(每一面之Sn附著量為2.8g/m² )，從而形成鍍敷鋼板。於該鍍敷鋼板之表面上進行塗裝‧印刷‧透明清漆塗佈之後，不使用衝壓油，於以下之條件而對上述鋼板進行杯型引伸，進而進行100次之實施2次之再引伸加工之深引伸成形，調查頸部之引伸皺褶之產生率。

深引伸成形條件

可製直徑：200mmΦ

潤滑條件：不使用衝壓油

第1引伸之引伸比：1.5

第2引伸之引伸比：1.2

第3引伸之引伸比：1.2

第1～3引伸之皺褶按壓件壓力：最佳條件

凸緣加工：延伸率8%

再引伸塊狀肩部半徑：0.45mm

加工速度：0.3m/s

(iv)耐凸緣破裂性

於(iii)之深引伸成形中，調查凸緣破裂之產生率。

(v)外觀

以目視之方式對該等冷延鋼板進行觀察，將判斷為光澤或色調不同之部分視作外觀不良。於所觀察之100m之單位中，若於1處確認到外觀不良，則將該100m視作外觀不良部，對10000m進行觀察，求出外觀不良率。

(vi)板坯破裂

以目視之方式，對連續鑄造後之板坯表面之板坯破裂之狀況進行觀察。

於所觀察之1m之單位中，若於1處確認到破裂，則將該1m視作外觀不良部，對10m進行觀察，求出外觀不良率。

將所獲得之結果表示於表2及表3。

根據表2及表3，本發明例之No.8～10、No.15～17、No.22～24具有充分之強度，且板寬度方向與軋延方向之耐力差為40MPa以下，例如，已充分地達成3片加工所需之性能。又，已確認外觀優異，且未產生頸部皺褶及凸緣破裂。

另一方面，於比較例之No.1、2中，P之含量未滿0.007%，且二次冷軋之軋縮率亦低，因此，No.6、7、13、14、20、21由於二次冷軋之軋縮率低，因此強度不足。又，No.4、5、11、12、18、19、25、26由於二次冷軋之軋縮率為20%以上，因此可獲得強度，但板寬度方向與軋延方向之耐力差超過40MPa，產生了顯著之頸部皺褶及凸緣破裂。又，亦產生了外觀之不良。進而，No.3中之P之含量未滿0.007%，因此，即便將二次冷軋之軋縮率設為10%，強度仍不足。

進而，表3之No.15~17、No.22~24係將N含量設為0.0070%、0.0025%，適當範圍為未滿0.01%之實施例。根據表3可知：使N含量未滿0.01%，藉此，完全未確認到板坯破裂，從而防止了板坯破裂。

又，已知：使二次冷軋之軋縮率處於適當範圍、即10%以上且未滿15%，藉此，完全地抑制了凸緣破裂以及外觀不良，而且結果變得良好。又，雖然強度有變小之傾向，但可獲得500 MPa以上之充分之強度。

根據本發明，可獲得加工性優異之高強度容器用鋼板，其具有500 MPa以上之TS，板寬度方向與軋延方向之耐力差為40 MPa以下，且於凸緣加工及頸化加工時不會產生破裂。

進而，於本發明中，使用P成分而實現硬質化，藉此，可降低第2次冷軋中之軋縮率，因此，操作效率變高，生產性優異，而且消除了軋延後之外觀之問題及寬度方向與軋延方向上之耐力差之問題。

又，使N成分處於適當範圍即未滿0.01%，藉此防止板坯破裂，從而可抑制產品之良率下降。

(產業上之可利用性)

本發明之容器用鋼板於頸化加工及凸緣加工中不會產生破裂，可獲得優異之強度，因此，可較佳地用作例如以罐等之食品容器、濾油器等非食品容器、及電池等之電子零件等為中心之容器用素材。

Claims (2)

1. 一種高強度容器用鋼板，以質量%計含有C：0.001~0.10%、Si：0.04%以下、Mn：0.1~1.2%、S：0.10%以下、Al：0.001~0.100%、N：0.0070%以下、P：0.007~0.100%，剩餘部分由Fe以及不可避免之雜質所構成，拉伸強度TS為500 MPa以上，且板寬度方向與軋延方向之耐力差為40 MPa以下。
2. 一種高強度容器用鋼板之製造方法’其特徵在於：以精軋溫度：(Ar3變態點溫度-30)℃以上、捲繞溫度：400~750℃，對以質量%計含有C：0.001~0.10%、Si：0.04%以下、Mn：0.1~1.2%、S：0.10%以下、Al：0.001~0.100%、N：0.0070%以下、P：0.007~0.100%且剩餘部分由Fe以及不可避免之雜質所構成之鋼進行熱軋，進行酸洗、冷軋之後，進行連續退火，接著，以10%以上且未滿15%之軋縮率進行第2次冷軋。