TWI604067B - 兩片式罐用鋼板及其製造方法 - Google Patents

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Description

兩片式罐用鋼板及其製造方法
本發明係關於：適合作為食品和飲料罐所使用的罐容器用材料的罐用鋼板及其製造方法。特別是本發明係關於成形性優異的兩片式罐用高強度鋼板及其製造方法，本發明的兩片式罐用高強度鋼板特別適合使用於在罐身部被實施加工的兩片式異形罐。
近年來基於減輕對於環境的負荷以及削減成本的觀點考量，不斷地謀求削減食品罐和飲料罐所使用的鋼板的使用量。因此，無論是兩片式罐或是三片式罐，都是在對於作為素材的鋼板進行薄型化。
最近，為了彌補因鋼板的薄型化所致的罐體強度的降低，大多是製作成：對於罐身部實施了凸波紋加工或者形成幾何形狀的異形罐。在製造兩片式罐的異形罐(有時也稱為：兩片式異形罐)的時候，先利用衝拉加工或引縮加工，來進行加工度較高的成形之後，才對於罐身部進行加工。因此，兩片式罐的異形罐在製造時所使用的鋼板，係被要求更高的成形性。另一方面，加工度較低的 罐底部，則是因加工硬化而衍生的強度上昇較小。因此，將鋼板薄型化後的情況下，罐底部係會有鋼板強度不足的傾向。特別是罐底部的形狀為平坦之凹壓罐的情況下，其強度必須達到傳統的一次冷軋鋼板(以下簡稱SR鋼板；Single Reduce Steel plate)以上的強度。因此，將罐底部採用即使薄型化也可容易達成高強度化的二次冷軋鋼板(以下簡稱DR鋼板；Double Reduce Steel plate)的作法是有效的。
DR鋼板，主要是利用加工硬化而變成硬質化的鋼板，因此，一般而言，其成形性係變低。成形性變低的話，如上所述，對於罐身部而言，是不太合適的。因此，乃對於如何才可提昇DR鋼板的成形性的作法加以檢討。
例如專利文獻1所揭示的乾式衝拉引縮加工罐用樹脂披覆鋼板，其組成分以質量%計，係含有C：0.001~0.10%、Mn：0.05~0.50%、Al：0.015~0.13%、Si：0.05%以下、P：0.03%以下、S：0.03%以下，其餘部分由Fe以及不可避免的雜質所組成，結晶粒徑為6~30μm、中心線平均粗糙度為0.05~0.6μm、板厚度為0.15~0.30mm的電解鉻酸處理鋼板，在其兩面是披覆著厚度為10~50μm的熱可塑性樹脂，並且在其表面塗敷著高溫揮發性潤滑劑。
專利文獻2係揭示：一種乾式衝拉引縮加工罐用樹脂披覆鋼板的製造方法，其特徵為：其係將鋼板的 組成分以質量%計，含有C：0.001~0.06%、Mn：0.05~0.50%、Al：0.015~0.13%、Si：0.05%以下、P：0.03%以下、S：0.03%以下，其餘部分由Fe以及不可避免的雜質所組成的熱軋鋼板，經過酸洗、冷軋、連續退火後、再以5~25%的軋縮率進行輥軋而製作成：中心線平均粗糙度為0.05~0.6μm、板厚度為0.15~0.30mm的鋼板，緊接著進行電解鉻酸處理，然後在其兩面披覆了厚度為10~50μm的熱可塑性樹脂，並且在其表面塗敷了高溫揮發性潤滑劑。
專利文獻3係揭示：一種異型罐用鋼板，其特徵為：其組成分以質量%計，係含有C：0.02~0.07%、Si：0.005~0.05%、Mn：0.1~1.5%、P：0.04%以下、S：0.02%以下、Al：0.005~0.1%、N：超過0.003~0.007%、B：0.001~0.01%，並且符合B/N為0.3~1.5的關係，其餘部分由Fe以及不可避免的雜質所組成，並且該鋼板在輥軋方向以及板寬度方向中的至少其中一方的塑性應變比(r值)是0.8以下。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
專利文獻1：日本特許第3140929號公報
專利文獻2：日本特許第2937788號公報
專利文獻3：日本特許第4630268號公報
然而，在上述習知技術中，係可舉出下列的問題。
專利文獻1所記載的技術，雖然可以確保在成形為直筒平滑罐的情況時所需的成形性。但是，專利文獻1所記載的技術，並無法確保在成形為：罐身部被實施了凸波紋加工之類的加工之異形罐時所需的成形性。
專利文獻2所記載的技術也是與專利文獻1所記載的技術同樣，雖然可以確保在成形為直筒平滑罐的情況時所需的成形性。但是，專利文獻2所記載的技術，也同樣地無法確保在成形為：異形罐時所需的成形性。
專利文獻3所記載的技術，係比較適合三片式罐的鋼板。專利文獻3所記載的鋼板，因為是在輥軋方向以及板寬度方向之中的至少其中一方的r值為0.8以下，所以異方性較大。異方性較大的這種鋼板，並不具有：包含衝拉加工在內的兩片式罐在成形時所需求的成形性。
本發明就是有鑑於這種情事而進行開發完成的，其目的是要解決上述習知技術的問題，並且提供：可特別適用於兩片式異形罐的成形之兩片式罐用高強度鋼板及其製造方法。
本發明人等，為了解決上述課題，乃不斷地努力研究。具體而言，為了找到可以兼具：罐底所要求的優異的強度、以及罐身所要求的優異的成形性的方法，而不斷地努力研究，其結果終於找到了一種創見，就是：藉由將組成分、拉伸強度、伸長率、降伏伸長率、肥粒鐵粒徑予以調整到特定範圍內的話，即可解決上述的課題，並且依據這種創見終於完成了本發明。
本發明係依據上述的創見而完成的，其發明要旨係如下所述。
(1)兩片式罐用高強度鋼板，其特徵為：其組成分以質量%計，係含有C：0.020%以上0.080%以下、Si：0.04%以下、Mn：0.10%以上0.60%以下、P：0.02%以下、S：0.015%以下、Al：0.010%以上0.100%以下、N：0.0005%以上0.0030%以下，其餘部分由Fe以及不可避免的雜質所組成，拉伸強度為480MPa以上，伸長率為7%以上，降伏伸長率為3%以下，肥粒鐵粒徑未達6μm。
(2)此外，係一種如前述(1)所述的兩片式罐用高強度鋼板，其特徵為：以質量%計，又含有B：0.0001%以上0.0030%以下。
(3)一種兩片式罐用高強度鋼板的製造方法，係用來製造如(1)或(2)所述的兩片式罐用高強度鋼板的製造方法，其特徵為：具有將胚料進行加熱到1130℃以上的加熱溫度之加熱工序、 將前述加熱工序後的胚料，在820~930℃的熱軋精製溫度的條件下，進行熱軋的熱軋工序、將前述熱軋工序所獲得的熱軋鋼板，在640℃以下的捲取溫度進行捲取的捲取工序、將前述捲取工序後的熱軋鋼板進行酸洗的酸洗工序、將前述酸洗後的熱軋鋼板，在85%以上的軋縮率的條件下，進行一次冷軋的一次冷軋工序、將前述一次冷軋工序所獲得的冷軋鋼板，在620℃以上690℃以下的退火溫度的條件下，進行連續退火的連續退火工序、以及將前述連續退火工序所獲得的退火鋼板，在6~20%的軋縮率的條件下，進行二次冷軋的二次冷軋工序。
本發明的兩片式罐用高強度鋼板，被調整成具有特定的組成分，並且被調整成：拉伸強度為480MPa以上、伸長率為7%以上、降伏伸長率為3%以下、肥粒鐵粒徑未達6.0μm。其結果，本發明的兩片式罐用高強度鋼板係具有：罐底所要求的優異的強度，並且具有罐身所要求的優異的成形性。因此，只要使用本發明的兩片式罐用高強度鋼板，即可很容易製造兩片式異形罐。
如上所述，根據本發明，係可使製造食品罐和飲料罐等所使用的鋼板達成薄型化，並且達成省資源化以及低成本化，具有產業上的可利用性的效果。
以下，將說明本發明的實施方式。但本發明並未僅限定在以下的實施方式。
<兩片式罐用高強度鋼板>
本發明的兩片式罐用高強度鋼板，其組成分以質量%計，係含有C：0.020%以上0.080%以下、Si：0.04%以下、Mn：0.10%以上0.60%以下、P：0.02%以下、S：0.015%以下、Al：0.010%以上0.100%以下、N：0.0005%以上0.0030%以下，其餘部分由Fe以及不可避免的雜質所組成。
又，關於本發明的兩片式罐用高強度鋼板的物性，拉伸強度為480MPa以上、伸長率為7%以上、降伏伸長率為3%以下。
又，本發明的兩片式罐用高強度鋼板的組織，是肥粒鐵粒徑未達6μm的組織。
以下，將依序地說明本發明的兩片式罐用高強度鋼板的組成分、物性、組織。
如上所述，本發明的兩片式罐用高強度鋼板，其組成分以質量%計，係含有C：0.020%以上0.080%以下、Si：0.04%以下、Mn：0.10%以上0.60%以下、P：0.02%以下、S：0.015%以下、Al：0.010%以上0.100%以下、N：0.0005%以上0.0030%以下，其餘部分由Fe以及 不可避免的雜質所組成。採用這種組成分的理由如下所述。此外，以下的說明中，表示各成分的含量的「%」係指「質量%」。
C：0.020%以上0.080%以下
C是提昇強度之重要的元素。藉由將C含量控制在0.020%以上，可使拉伸強度達到480MPa以上。又，若C含量超過0.080%的話，伸長率將會降低成未達7%，製罐性將會變差。因此，必須將C含量的上限設定在0.080%。又，C含量愈多的話，肥粒鐵粒徑愈細微化，愈高強度化。因此，C含量是設定在0.030%以上為宜。又，基於確保製罐性的觀點考量，係將C含量設在0.060%以下為宜。
Si：0.04%以下
Si含量過多的話，將因為表面濃化而導致表面處理性惡化，耐腐蝕性變差。因此，必須將Si含量設在0.04%以下。更好是在0.03%以下。
Mn：0.10%以上0.60%以下
Mn是具有藉由固溶強化而提昇鋼板的硬度之效果。此外，Mn係可藉由形成MnS來防止因鋼中含有的S所導致的熱間延性變差的現象。想要獲得這種效果的話，必須將Mn含量設在0.10%以上。尤其是想要利用Mn的固溶 強化來獲得：即使在進行DR輥軋時降低軋縮率依舊可以確保拉伸強度之這種功效的話，係將Mn含量設在0.30%以上為宜。如果Mn含量超過0.60%的話，伸長率將會明顯降低，製罐性將會變差，因此必須將Mn含量設在0.60%以下。
P：0.02%以下
P含量過多的話，將會太過硬質化或者因為產生中央偏析而導致成形性變差。又，P含量過多的話，耐腐蝕性會變差。因此，將P含量的上限設在0.02%。
S：0.015%以下
S係在鋼中形成硫化物，因而降低熱間延性。所以係將S含量的上限設在0.015%以下。
Al：0.010%以上0.100%以下
Al係會與N形成AlN，藉此，可減少鋼中的固溶N，使降伏伸長率降低，可抑制拉伸變形紋。因此，必須將Al含量設在0.010%以上。基於降低降伏伸長率來提昇製罐性的觀點考量，係將Al含量設定在0.050%以上為宜，設在0.060%以上更好。又，Al含量過剩的話，將會產生大量的氧化鋁，氧化鋁會殘留在鋼板內而使製罐性變差。因此，必須將Al含量設在0.100%以下。更好是0.080%以下。
N：0.0005%以上0.0030%以下
N若作為固溶N存在的話，降伏伸長率將會增加，會產生拉伸變形紋，表面外觀會變得不良，製罐性會變差。因此，必須將N含量設在0.0030%以下。更好是0.0025%以下。另一方面，也很難將N含量穩定地控制在未達0.0005%，如果想要將N含量控制在未達0.0005%的話，製造成本也會上昇。因此，乃將N含量的下限設在0.0005%。
本發明的兩片式罐用高強度鋼板，除了上述必須成分之外，亦可將B當作可隨意添加的成分，在0.0030%以下的範圍內含有B。
B：0.0001~0.0030%
B係可與N形成BN而使固溶N減少，因而使降伏伸長率降低。因此，含有B較好，為了獲得添加B所產生的效果，係將B含量設在0.0001%以上為宜，0.0003%以上更好。但若B過剩含有的話，不僅是上述的效果趨於飽和，伸長率也會降低，異方性惡化而導致製罐性變差。因此，將B含量的上限設在0.0030%為宜。
此外，除了上述必須成分以及可隨意添加的成分以外的其餘部分，係Fe以及不可避免的雜質。不可避免的雜質，係可舉出Cr：0.08%以下，Cu：0.02%以下，Ni：0.02%以下，O：0.006%以下等。
其次，說明本發明的兩片式罐用高強度鋼板的物性。如上所述，本發明的兩片式罐用高強度鋼板，拉伸強度為480MPa以上，伸長率為7%以上，降伏伸長率為3%以下。各物性在技術層面上的意義係如下所述，但本發明將這些物性、上述的組成分、後述的組織予以組合在一起，因而能夠兼具：罐底所要求的優異的強度以及罐身所要求的優異的成形性，的這一點上也是重要的技術層面上的意義之一。
拉伸強度：480MPa以上
為了確保罐底部的強度，必須將鋼板的拉伸強度調整到480MPa以上。更好是490MPa以上。此外，鋼板的拉伸強度，係採用根據實施例所記載的方法所測定而得的數值。又，在本發明中，通常的拉伸強度是580MPa以下。
伸長率：7%以上
除了衝拉暨引縮加工之外，為了確保凸波紋等的罐身加工性，必須將伸長率調整到7%以上。更好是9%以上。藉由將鋼成分含量調整到既定的範圍，並且依據後述的製造條件，將肥粒鐵粒徑細微化，既可獲得480MPa以上的高強度，又可獲得7%以上的伸長率，因此可確保良好的製罐性。此外，鋼板的伸長率，係採用根據實施例所記載的方法所測定而得的數值。又，在本發明中通常的伸長率 是25%以下。
降伏伸長率：3%以下
為了防止製罐時的拉伸變形紋，必須將降伏伸長率調整在3%以下。更好是在2%以下。此外，鋼板的降伏伸長率，係採用根據實施例所記載的方法所測定而得的數值。
其次，說明本發明的兩片式罐用高強度鋼板的組織。本發明的兩片式罐用高強度鋼板的組織中的肥粒鐵粒徑是未達6μm。
肥粒鐵粒徑：未達6μm
除了將鋼板的組成分以上述的含量範圍進行調整之外，藉由將肥粒鐵粒徑細微化，可提昇高強度化與伸長率之兩者的均衡性。因此，必須將肥粒鐵粒徑控制在未達6.0μm。此外，藉由將肥粒鐵粒徑予以細微化成未達6.0μm，以將降伏伸長率予以降低到3%以下，也會具有提昇披覆在鋼板上的樹脂與鋼板表面之間的密合性的效果。基於這種觀點考量，肥粒鐵粒徑是設定在5.5μm以下為宜。此外，如實施例所記載，粒徑係指：平均結晶粒徑。
本發明基於提昇伸長率的理由考量，係將組織中的肥粒鐵相的含量調整到95vol%以上為宜。更好是98vol%以上。至於肥粒鐵相以外的其他相，係可舉出：雪明鐵、波來鐵、麻田散鐵、變韌鐵等。
<兩片式罐用高強度鋼板的製造方法>
本發明的兩片式罐用高強度鋼板的製造方法之一例，係可舉出具有：加熱工序、熱軋工序、捲取工序、酸洗工序、一次冷軋工序、連續退火工序、二次冷軋工序之製造方法。以下，將就各工序進行說明。
加熱工序
加熱工序，係指：將胚料進行加熱到1130℃以上的加熱溫度的工序。熱軋前的加熱溫度太低的話，一部分的AlN尚未熔解。這個未熔解就是產生會使製罐性變差之粗大的AlN之主要原因。因此，乃將加熱工序時的加熱溫度，設在1130℃以上。更好是在1150℃以上。加熱溫度的上限雖然並未特別規定，但是，加熱溫度太高的話，將會產生太多的鏽皮，成為製品表面的缺陷。因此，係將加熱溫度的上限設在1260℃為宜。
又，胚料的組成分將會成為兩片式罐用高強度鋼板的組成分，因此，必須將胚料的組成分，予以調整成可符合上述的本發明的兩片式用高強度鋼板的組成分。
熱軋工序
熱軋工序，係指：將加熱工序後的胚料，在820~930℃的熱軋精製溫度的條件下，進行熱軋的工序。如果熱軋精製溫度高於930℃的話，熱軋鋼板中的肥粒鐵的粒徑將會變得粗大，退火鋼板中的肥粒鐵粒徑將會變得粗 大，拉伸強度會降低，拉伸強度與伸長率之兩者的均衡性也會變差。因此，將熱軋精製溫度的上限設在930℃。又，如果熱軋精製溫度未達820℃的話，拉伸特性的異方性將會變大，製罐性會變差。因此，乃將熱軋精製溫度的下限設在820℃。更好的下限是860℃。
捲取工序
捲取工序，係指：將熱軋工序所獲得的熱軋鋼板，在640℃以下的捲取溫度進行捲取的工序。如果捲取溫度超過640℃的話，熱軋鋼板中的肥粒鐵的粒徑將會變得粗大，退火鋼板中的肥粒鐵粒徑將會變得粗大，拉伸強度會降低，拉伸強度與伸長率之兩者的均衡性也會變差。因此，乃將捲取溫度的上限設在640℃。捲取溫度的下限雖然並未特別規定，但基於想要在進行捲取中，生成AlN以減少固溶N的量，以減低降伏伸長率的觀點考量，將捲取溫度設在570℃以上為宜。
酸洗工序
酸洗工序，係指：將捲取工序後的熱軋鋼板進行酸洗的工序。酸洗條件，係只要能夠除去表層鏽皮的話即可，並未特別地規定條件。係可利用一般常用的方法來進行酸洗。
一次冷軋工序
一次冷軋工序，係指：將上述酸洗後的熱軋鋼板，以85%以上的軋縮率的條件下，進行一次冷軋的工序。一次冷軋的軋縮率，為了要使退火後的肥粒鐵粒徑細微化，提昇拉伸強度與成形性之兩者的均衡性，必須設在85%以上。一次冷軋時的軋縮率太大的話，有時候拉伸特性的異方性將會變大，製罐性會變差。因此，一次冷軋的軋縮率，係設在90%以下為宜。
連續退火工序
連續退火工序，係指：將一次冷軋工序所獲得的冷軋鋼板，以退火溫度為620℃以上690℃以下的條件下，進行連續退火的工序。為了確保成形性，必須在退火中使其充分地再結晶，因此必須將退火溫度設在620℃以上。又，如果退火溫度太高的話，肥粒鐵粒徑將變得粗大化，因此必須將退火溫度設在690℃以下。退火方法雖然並未做限定，但是基於材質均一性的觀點考量，係採用連續退火法為宜。
二次冷軋工序
二次冷軋工序，係指：將連續退火工序所獲得的退火鋼板，在6~20%的軋縮率的條件下，進行二次冷軋的工序。退火鋼板，將會因為實施了二次冷軋而更為高強度化，並且更薄型化。為了謀求充分的高強度化，必須將軋縮率設成6%以上。此外，因為實施了二次冷軋，降伏伸 長率將會減少。又，如果二次冷軋時的軋縮率太高的話，成形性將會惡化。因此，必須將軋縮率設成20%以下。對於成形性有特別要求的情況下，係將軋縮率設成15%以下為宜。
藉由上述的工序，可製得本發明的兩片式罐用高強度鋼板。亦可再實施鍍錫、鍍鎳、鍍鉻之類的鍍覆處理，來作為鋼板的表面處理，而且亦可再實施：化成處理或包膜之類的有機披膜。
〔實施例〕
將含有表1所示的鋼記號A~K的成分，其餘部分由Fe以及不可避的雜質所組成的鋼進行熔製，而獲得鋼胚料。將所獲得的鋼胚料，依照表2所示的條件，進行加熱後，熱軋，捲取，酸洗以除去鏽皮之後，進行一次冷軋，在連續退火爐中，根據各自的退火溫度實施15秒鐘的退火，再依據表2所示的二次軋縮率，進行DR輥軋(二次冷軋)，而獲得板厚度為0.17~0.19mm的鋼板(鋼板記號No.1~18)。對於上述鋼板，實施鍍鉻(不含錫)處理，來當作表面處理之後，製作成：披覆了有機披膜的包膜鋼板。
拉伸強度、伸長率、降伏伸長率
利用濃硫酸從上述包膜鋼板除去有機披膜之後，從輥軋方向上採取出日本工業規格JIS 5號的拉伸試驗測試片，並且依照日本工業規格JIS Z 2241的規定，針對於：拉伸強度、伸長率(總伸長率)、降伏伸長率進行了評比。
肥粒鐵粒徑
埋入輥軋方向的斷面內，進行研磨後，利用硝酸腐蝕液進行腐蝕來使肥粒鐵結晶粒的粒界出現之後，依照日本工業規格JIS G 0551的規定，利用切斷法來測定平均結晶粒徑，對於肥粒鐵粒徑進行了評比。
製罐性評比
為了對於製罐性進行評比，將上述的包膜鋼板衝製成圓形之後，實施了深衝拉加工、引縮加工等，製罐成圓筒形之後，在罐身部的高度的中央以及上下各15mm之合計三個地方，在罐的圓周方向上實施凸波紋加工，成形出：與飲料罐所適用的兩片式罐同樣的罐體。製罐時未產生破洞並且幾乎看不到有拉伸變形紋的樣品係被評比為「◎」，雖然未產生破洞，但看得出有輕微的拉伸變形紋的樣品係被評比為「○」，有破洞或者拉伸變形紋明顯的樣品係被評比為「×」。
將結果標示在表3。本發明例的每一個都是拉 伸強度為480MPa以上，伸長率為7%以上，降伏伸長率為3%以下，肥粒鐵粒徑是未達6.0μm，具有優異的成形性與強度。另一方面，比較例則是在上述特性的其中一項以上表現不佳。例如鋼板記號No.9、11、13、17，雖然製罐性評比是「○」，但是鋼板的拉伸強度較低，對於罐底部而言，並無法達到充分的強度。

Claims (3)

  1. 一種兩片式罐用鋼板，其特徵為：其組成分以質量%計，係含有C：0.020%以上0.080%以下、Si：0.04%以下、Mn：0.10%以上0.60%以下、P：0.02%以下、S：0.015%以下、Al：0.010%以上0.100%以下、N：0.0005%以上0.0030%以下，其餘部分由Fe以及不可避免的雜質所組成，拉伸強度為480MPa以上，伸長率為7%以上，降伏伸長率為3%以下，肥粒鐵粒徑未達6μm。
  2. 如請求項1所述的兩片式罐用鋼板，其以質量%計，又含有B：0.0001%以上0.0030%以下。
  3. 一種用來製造如請求項1或2所述的兩片式罐用鋼板的製造方法，其特徵為：具有將胚料進行加熱到1130℃以上的加熱溫度之加熱工序、將前述加熱工序後的胚料，在820~930℃的熱軋精製溫度的條件下，進行熱軋的熱軋工序、將前述熱軋工序所獲得的熱軋鋼板，在640℃以下的捲取溫度進行捲取的捲取工序、將前述捲取工序後的熱軋鋼板進行酸洗的酸洗工序、將前述酸洗後的熱軋鋼板，在85%以上的軋縮率的條件下，進行一次冷軋的一次冷軋工序、 將前述一次冷軋工序所獲得的冷軋鋼板，在620℃以上690℃以下的退火溫度的條件下，進行連續退火的連續退火工序、以及將前述連續退火工序所獲得的退火鋼板，在6~20%的軋縮率的條件下，進行二次冷軋的二次冷軋工序。
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