フランジ加工性に優れる高強度缶用鋼板およびその製造方法
【課題】フランジ加工性に優れる高強度缶用鋼板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】質量％で、C：0.001％以上0.040％未満、Si：0.003％以上0.100％以下、Mn：0.10％以上0.60％以下、P：0.001％以上0.100％以下、S：0.001％以上0.020％以下、Al：0.005％以上0.100％以下、N：0.0130％超0.0170％以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる。N total−(N as AlN)（N totalとは、Nの総量であり、前記N as AlNとは、AlNとして存在するN量である）が0.0100％以上0.0160％以下であり、平均塑性ひずみ比：平均r値が1.0超である。熱間圧延を行い、630℃未満で巻取り、91.5％以上の圧延率で冷間圧延を行い、焼鈍し、20％以下の圧延率で二次冷間圧延を行うことで得られる。
【解決手段】質量％で、C：0.001％以上0.040％未満、Si：0.003％以上0.100％以下、Mn：0.10％以上0.60％以下、P：0.001％以上0.100％以下、S：0.001％以上0.020％以下、Al：0.005％以上0.100％以下、N：0.0130％超0.0170％以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる。N total−(N as AlN)（N totalとは、Nの総量であり、前記N as AlNとは、AlNとして存在するN量である）が0.0100％以上0.0160％以下であり、平均塑性ひずみ比：平均r値が1.0超である。熱間圧延を行い、630℃未満で巻取り、91.5％以上の圧延率で冷間圧延を行い、焼鈍し、20％以下の圧延率で二次冷間圧延を行うことで得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲料品や食品の容器材料として用いられる缶用鋼板およびその製造方法に関するものであり、詳しくは、フランジ加工性に優れる高強度缶用鋼板およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
飲料缶や食缶に用いられる鋼板のうち、蓋や底、3ピース缶の胴、絞り缶などには、DR（Double Reduced）材と呼ばれる鋼板が用いられる場合がある。DR材とは、焼鈍の後に再度冷間圧延を行う鋼板であり、圧延率の小さい調質圧延のみを行うSR（Single Reduced）材に比べて板厚を薄くすることが容易である。そして、薄い鋼板を用いることにより製缶コストを低減することが可能となる。
【０００３】
DR材を製造するDR法は焼鈍後に再度冷間圧延を施すことで加工硬化が生じるため、薄く硬い鋼板を製造することができる。しかし、その反面、DR法により製造されたDR材は延性に乏しいため、SR材に比べて加工性が劣る。
【０００４】
3ピースで構成される食缶や飲料缶の胴材は、筒状に成形された後、蓋や底を巻き締めるために両端にフランジ加工が施される。そのため、缶胴端部には良好な加工性（フランジ加工性）が要求される。
【０００５】
また、製缶素材としての鋼板は板厚に応じた強度（引張強度）が必要とされ、DR材の場合は薄くすることによる経済効果を確保するために、SR材以上の引張強度が必要とされる。
【０００６】
しかし、従来用いられてきたDR材では、上記のようなフランジ加工性と引張強度を両立することは困難であり、そのため、食缶や飲料缶の胴材には主にSR材が用いられてきた。しかし、現在、コスト低減の観点から板厚を薄くするために、食缶や飲料缶の胴材に対してもDR材の適用を拡大する要求が高まっている。
【０００７】
上記を受けて特許文献1には、C：0.04〜0.08％を含有し、圧延方向の全伸び値をX、平均ランクフォード値をYで表した場合に、X≧10％かつY≧0.9、または、X＜10％かつY≧−0.05X＋1.4の関係を満たすフランジ加工性に優れる鋼板が開示されている。
【０００８】
特許文献2には、C：0.04％超0.08％以下を含有し、鋼板中に固溶するCおよびNの間に50ppm≦固溶C＋固溶N≦200ppmを満たし、かつ、固溶Cが50ppm以下、固溶Nが50ppm以上であるフランジ成形性に優れた鋼板が開示されている。
【０００９】
特許文献3には、N：0.01％以下を含有し、鋼板中に固溶するCおよびNの合計が、40ppm≦固溶C＋固溶N≦150ppmの範囲であるフランジ成形性に優れた鋼板が開示されている。
【００１０】
特許文献4には、N：0.012％以下を含有し、鋼板中に固溶するCおよびNの間に50ppm≦固溶C＋固溶Nなる関係を有する、ネックイン成形性およびフランジ成形性に優れる鋼板が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開2007-177315
【特許文献２】特開2002-294399
【特許文献３】特開平10-110244
【特許文献４】特開平10-110238
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来技術は、いずれも問題点を抱えている。
【００１３】
特許文献1および特許文献2に記載の鋼は、C量が多すぎるためフランジ加工時に局所的なくびれが生じ、フランジ割れを十分に抑制することはできない。
特許文献3および特許文献4に記載の鋼は、N量が少なすぎるため、加工性は良好であるが、二次冷間圧延を施しても強度が不足である。
【００１４】
本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、3ピース缶胴などの材料として好適であるフランジ加工性に優れる高強度缶用鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行った。その結果、以下の知見を得た。
【００１６】
フランジ加工性と引張強度を両立するためには、Cの含有量を低く抑えて溶接部の過度の硬化を防ぎ、塑性ひずみ比（以下、r値と称す）を大きくすることによりフランジ加工時の板厚減少を抑えることが有効である。また、多量のNを添加することで強度を確保し、同時に微細に析出するAlNによって溶接熱影響部（HAZ）の軟化を防止する。
【００１７】
本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
［1］質量％で、C：0.001％以上0.040％未満、Si：0.003％以上0.100％以下、Mn：0.10％以上0.60％以下、P：0.001％以上0.100％以下、S：0.001％以上0.020％以下、Al：0.005％以上0.100％以下、N：0.0130％超0.0170％以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、N total−(N as AlN)が0.0100％以上0.0160％以下であり、平均塑性ひずみ比：平均r値が1.0超であることを特徴とするフランジ加工性に優れる高強度缶用鋼板。
ただし、前記N totalとは、Nの総量であり、前記N as AlNとは、AlNとして存在するN量である。
［2］質量％で、C：0.001％以上0.040％未満、Si：0.003％以上0.100％以下、Mn：0.10％以上0.60％以下、P：0.001％以上0.100％以下、S：0.001％以上0.020％以下、Al：0.005％以上0.100％以下、N：0.0130％超0.0170％以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる鋼を連続鋳造によりスラブとし、熱間圧延を行った後、630℃未満の温度で巻取り、91.5％以上の圧延率で一次冷間圧延を行い、引き続き、焼鈍を行い、20％以下の圧延率で二次冷間圧延を行うことを特徴とするフランジ加工性に優れる高強度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。また、高強度缶用鋼板とは、圧延直角方向の引張強度が520MPa以上の缶用鋼板である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、圧延直角方向の引張強度が520MPa以上でかつ破断伸びが7％以上である、フランジ加工性に優れる高強度缶用鋼板が得られる。
鋼板のフランジ加工性が向上することにより、3ピース缶のフランジ加工時に割れを生じず、板厚の薄いDR材による製缶が可能となり、缶用鋼板の大幅な薄肉化が達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】C量と平均r値とフランジ加工性の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の缶用鋼板は、圧延直角方向の引張強度が520MPa以上、破断伸びが7％以上でかつ平均r値が1.0超のフランジ加工性に優れる高強度缶用鋼板である。そして、このような鋼板は、C含有量を低く抑え、多量のNを含有した鋼に対して、二次冷間圧延率を適切な範囲とすることにより製造される。具体的には、熱間圧延を行い、630℃未満の温度で巻取り、次いで91.5％以上の圧延率で一次冷間圧延を行い、引き続き焼鈍を行い、次いで20％以下の圧延率で二次冷間圧延を行うことで製造可能となる。これらは、本発明の最も重要な要件である。
【００２１】
本発明の缶用鋼板の成分組成について説明する。
C: 0.001％以上0.040％未満
C量が0.040％以上となると、缶胴溶接部の硬化が過大となるため、フランジ加工時に溶接部近傍の応力集中を招き、フランジ割れにつながる。このため、C量は0.040％未満とする。一方、C量が0.001％未満となると強度確保に必要な固溶C量が得られなくなり、強度不足となる。従って、C量は0.001％以上0.040％未満とする。強度の観点から、より好ましいC量は0.020％以上0.040％未満である。
【００２２】
Si: 0.003％以上0.100％以下
Si量が0.100％を超えると、表面処理性の低下、耐食性の劣化等の問題を引き起こすので、上限は0.100％とする。一方、0.003％未満とするには精錬コストが過大となるため、下限は0.003％とする。
【００２３】
Mn: 0.10％以上0.60％以下
Mnは結晶粒を微細化する作用を有し、望ましい材質を確保する上で必要な元素である。この効果を発揮するためには少なくとも0.10％以上の添加が必要である。一方、Mnを多量に添加すると耐食性が劣化し、またr値も低下するので、上限は0.60％とする。
【００２４】
P：0.001％以上0.100％以下
Pは、鋼を硬質化させ、加工性を悪化させると同時に、耐食性をも悪化させる有害な元素である。そのため、上限は0.100％とする。一方、Pを0.001％未満とするには脱Pコストがかかる。よって、下限は0.001％とする。
【００２５】
S: 0.001％以上0.020％以下
Sは、鋼中で介在物として存在し、延性の低下、耐食性の劣化をもたらす有害な元素である。そのため、上限は0.020％とする。一方、Sを0.001％未満とするには脱Sコストがかかる。よって、下限は0.001％とする。
【００２６】
Al: 0.005％以上0.100％以下
Alは、製鋼時の脱酸材として必要な元素である。含有量が0.005％未満では、脱酸が不十分となり、介在物が増加し、加工性が劣化する。一方、含有量が0.100％を超えると、アルミナクラスターなどに起因する表面欠陥の発生頻度が増加する。よって、Al量は0.005％以上0.100％以下とする。
【００２７】
N：0.0130％超0.0170％以下
本発明の鋼板はNを多量に含むことにより強度を確保する。Nが0.0130％以下であると後述するN total−(N as AlN)の十分な量が得られず、強度が不足する。一方、Nが0.0170％を超えると延性が低下し、十分なフランジ加工性が発揮されない。したがって、N量は0.0130％超0.0170％以下とする。好ましくは0.0140％以上0.0160％以下である。
【００２８】
N total−(N as AlN)：0.0100％以上0.0160％以下
強度に寄与するNは主に固溶状態のNであり、本発明の鋼板において強度を確保するためにはある程度の固溶N量が必要となる。本発明の鋼板組成では、鋼中でNが形成する化合物として主にAlNが考えられ、Nの総量（N total）からAlNとして存在するN量（N as AlN）を差し引いた値N total−(N as AlN)を固溶N量とみなすことができる。この量が0.0100％未満であると強度不足となる。一方、上記N量範囲（0.0130％超0.0170％以下）の下でN total−(N as AlN)量が多くなれば、AlN量が少なくなる。鋼中に析出するAlNは溶接熱影響部（HAZ）の結晶粒成長を抑制し、軟化を防ぐ作用がある。N total−(N as AlN)量が0.0160％を超えるとHAZ軟化防止に十分な量のAlN量が得られなくなる。したがって、N total−(N as AlN)量は0.0100％以上0.0160％以下とする。
残部はFeおよび不可避的不純物とする。公知の溶接缶用鋼板中に一般的に含有される成分元素を含有していても良い。例えば、Cr：0.10％以下、Cu：0.20％以下、Ni：0.15％以下、Mo：0.05％以下、Ti：0.3％以下、Nb：0.3％以下、Zr：0.3％以下、V：0.3％以下、Ca：0.01％以下等の成分元素を目的に応じて含有させることができる。
【００２９】
次に、本発明の缶用鋼板の平均塑性ひずみ比（平均r値）について説明する。
平均r値が大きいほど鋼板に引張変形が加えられた際の板厚減少が少ない。フランジ加工時の缶胴端部は、缶周方向の引張変形が加えられた状態になるため、平均r値が大きければ板厚減少が抑えられ、割れの発生が防止できることになる。
そこで、本発明者らは種々のC量を含有する鋼を用い、また製造条件を調整することによって種々の平均r値を有する鋼板（DR材）を作製し、C量と平均r値のフランジ加工性に及ぼす影響を調査した。なお、本発明はDR材であるため、JIS Z 2254に規定されている引張試験によるr値測定が困難である。そのため、JIS Z 2254の附属書JAに記載の固有振動法を用いて平均r値を測定した。また、フランジ加工性は、190g飲料缶サイズの缶胴成形を行い、フランジ割れ発生の有無で評価した。
図１にC量と平均r値とフランジ加工性および強度の関係を示す。フランジ加工部で割れが無く、引張強度が530MPa以上の場合を○、フランジ加工部で割れが無く、引張強度が530MPa未満の場合を●、フランジ加工部で小さい割れ（長さ1mm未満）が発生した場合を△、大きい割れ（長さ1mm以上）が発生した場合を×とした。C量が0.040％未満であっても平均r値が1.0以下の鋼板はフランジ割れを生じており、フランジ割れを防ぐには、C量が0.040％未満で、かつ、平均r値を1.0超とする必要があることがわかる。
【００３０】
以上より、本発明では、平均r値は1.0超とする。
【００３１】
なお、上記平均r値は、CおよびMnの含有量を上記範囲に限定することにより制御することができる。また、平均r値は、JIS Z 2254の附属書JAに示されている方法により測定し、評価することとする。詳細は実施例に後述する。
【００３２】
圧延直角方向の引張強度が520MPa以上、破断伸び７％以上
引張強度は、蓋の耐圧強度や缶の突き刺し強度および缶体強度を確保するために必要である。近年、飲料缶の成形方法として、圧延方向に沿って溶接する方法が増えており、この場合、缶体強度として必要になるのは圧延直角方向の強度である。よって、引張強度は、圧延直角方向の引張強度が520MPa以上とする。
【００３３】
また、破断伸びは7％未満であるとフランジ割れを生じるため、本発明においては７％以上とする。
なお、引張強度および破断伸びは、「JIS Z 2241」に示される金属材料引張試験方法により測定することができる。
【００３４】
次に、本発明の缶用鋼板の製造方法について説明する。
本発明の缶用鋼板は、上記組成からなる鋼を連続鋳造によりスラブとし、熱間圧延を行った後、630℃未満の温度で巻取り、91.5％以上の圧延率で一次冷間圧延を行い、引き続き、焼鈍を行い、20％以下の圧延率で二次冷間圧延を行うことで製造される。
【００３５】
転炉等を用いた通常公知の溶製方法により溶製することができる。また、連続鋳造法等の通常用いられる鋳造方法で圧延素材とする。この時、熱間圧延前のスラブ再加熱温度は特に限定するものではないが、1200〜1300℃が好ましい。スラブ再加熱温度が高すぎると製品表面の欠陥や、エネルギーコストが上昇するなどの問題が発生する場合がある。一方、低すぎると、最終仕上圧延温度の確保が難しくなる場合がある。
【００３６】
熱間圧延により、熱延板とする。圧延開始時には、圧延素材が、1100℃以上になるのが好ましい。また、熱間仕上圧延温度は、熱延鋼板の結晶粒粗大化防止や析出物分布の均一性の観点から、Ar3変態点以上が好ましい。
【００３７】
巻取り温度630℃未満
巻取り温度が630℃以上であると、巻取り後に析出するAlN量が過大となり、強度を確保するために十分な量のN total−(N as AlN)量が得られなくなる。従って、熱間圧延後の巻取り温度は630℃未満とする。
【００３８】
次に、必要に応じて、酸洗を行うことができる。酸洗は、表層スケールが除去できればよく、特に条件は規定しない。
【００３９】
91.5％以上の圧延率で一次冷間圧延
前述したように、SR法に比べてDR法は板厚を薄くすることが容易であり、強度に優れた鋼板を製造することが可能であるため、本発明においてはDR法を採用する。一次冷間圧延率が小さい場合、極薄の鋼板を製造するためには熱間圧延の仕上げ厚を薄くするか、二次冷間圧延率を大きくすることが必要となる。熱間圧延の仕上げ厚が薄くなると所定の仕上げ圧延温度を確保することが困難となる。また、二次冷間圧延率を大きくすることは後述の理由から好ましくない。一次冷間圧延率が91.5％以上であれば熱間圧延の仕上げ厚を薄くしたり、二次冷間圧延率を大きくする必要は無く、極薄の鋼板を製造することが可能である。したがって、一次冷間圧延率は91.5％以上とする。好ましくは、91.5％以上95％以下である。
【００４０】
一次冷間圧延後の焼鈍は、バッチ焼鈍あるいは連続焼鈍のいずれによっても行うことができる。均熱温度は再結晶温度以上800℃以下とすることが好ましい。
【００４１】
20％以下の圧延率で二次冷間圧延
二次冷間圧延の圧延率が20％を超えると、二次冷間圧延による加工硬化が過大となり、７％以上の破断伸びが得られなくなる。したがって、二次冷間圧延率は20％以下とする。好ましくは、10％以上15％以下である。
二次冷間圧延以降は、めっき処理等の工程を常法通り行い、缶用鋼板として仕上げることができる。
【実施例】
【００４２】
表1に示す成分組成を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる鋼を実機転炉で溶製し、連続鋳造法により鋼スラブを得た。得られた鋼スラブを1250℃で再加熱した後、圧延開始温度1150℃で熱間圧延を行って表2に示す厚さまで圧延し、表2に示す巻取り温度で巻取った。熱間圧延の仕上げ圧延温度は880℃とし、熱間圧延後には酸洗を施している。次いで、表2に示す圧延率で一次冷間圧延を行い、均熱温度700℃にて連続焼鈍し、引き続き、表2に示す圧延率で二次冷間圧延を施した。
以上により得られた鋼板にSnめっきを両面に連続的に施して、片面Sn付着量2.8g/m2のぶりきを得た。
【００４３】
【表１】
【００４４】
【表２】
【００４５】
以上により得られためっき鋼板（ぶりき）に対して、210℃、15分の塗装焼付け相当の熱処理を行った後、引張試験を行った。引張試験は、JIS5号サイズの引張試験片を用いて、JIS Z 2241に従い、圧延直角方向の引張強度（破断強度）および破断伸びを測定した。
【００４６】
平均r値は、JIS Z 2254の附属書JAに記載の固有振動法を用いて測定した。
【００４７】
また、塗装焼付け相当の熱処理を施した鋼板を用いてシーム溶接によって外径52.8mmの缶胴成形を行い、端部を外径50.4mmまでネックイン加工した後に外径55.4mmまでフランジ加工を行ってフランジ割れ発生の有無を評価した。缶胴成形は190g飲料缶サイズとし、鋼板圧延方向に沿って溶接を行った。ネックイン加工はダイネック方式により、フランジ加工はスピンフランジ方式により行った。フランジ加工部で小さい割れ（長さ1mm未満）が発生した場合を△、大きい割れ（長さ1mm以上）割れが発生した場合を×、割れが発生しない場合を○と評価した。
【００４８】
以上により得られた結果を表3に示す。
【００４９】
【表３】
【００５０】
表3より、本発明例（No1〜6）は、強度に優れており、極薄の缶用鋼板として必要な引張強度520MPa以上を達成している。また、加工性にも優れており、蓋や3ピース缶胴の加工に必要な7％以上の破断伸びを有している。
【００５１】
一方、比較例のNo.7およびNo.8は、C含有量が多すぎるため、缶胴溶接部の硬化が過大となり、溶接部近傍においてフランジ割れを生じている。
比較例のNo.9は、N含有量が少なすぎるため、引張強度が不足している。比較例のNo.10は、N含有量が多すぎるため、二次冷間圧延により延性が損なわれ、破断伸びが不足している。
比較例のNo.11は、巻取り温度が高すぎるため、N total−(N as AlN)量が少なくなり、引張強度が不足している。比較例のNo.12は、N total−(N as AlN)量が多すぎるため、AlN量が少なくなり、HAZ軟化が過大となってフランジ割れが生じている。
比較例のNo.13およびNo.14は、Mn含有量が大きすぎるため、平均r値が過小となり、フランジ割れが生じている。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
3ピース缶胴等を低コストにて製造するための材料として最適であり、缶蓋、缶底等の材料としても好適に使用できる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲料品や食品の容器材料として用いられる缶用鋼板およびその製造方法に関するものであり、詳しくは、フランジ加工性に優れる高強度缶用鋼板およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
飲料缶や食缶に用いられる鋼板のうち、蓋や底、3ピース缶の胴、絞り缶などには、DR（Double Reduced）材と呼ばれる鋼板が用いられる場合がある。DR材とは、焼鈍の後に再度冷間圧延を行う鋼板であり、圧延率の小さい調質圧延のみを行うSR（Single Reduced）材に比べて板厚を薄くすることが容易である。そして、薄い鋼板を用いることにより製缶コストを低減することが可能となる。
【０００３】
DR材を製造するDR法は焼鈍後に再度冷間圧延を施すことで加工硬化が生じるため、薄く硬い鋼板を製造することができる。しかし、その反面、DR法により製造されたDR材は延性に乏しいため、SR材に比べて加工性が劣る。
【０００４】
3ピースで構成される食缶や飲料缶の胴材は、筒状に成形された後、蓋や底を巻き締めるために両端にフランジ加工が施される。そのため、缶胴端部には良好な加工性（フランジ加工性）が要求される。
【０００５】
また、製缶素材としての鋼板は板厚に応じた強度（引張強度）が必要とされ、DR材の場合は薄くすることによる経済効果を確保するために、SR材以上の引張強度が必要とされる。
【０００６】
しかし、従来用いられてきたDR材では、上記のようなフランジ加工性と引張強度を両立することは困難であり、そのため、食缶や飲料缶の胴材には主にSR材が用いられてきた。しかし、現在、コスト低減の観点から板厚を薄くするために、食缶や飲料缶の胴材に対してもDR材の適用を拡大する要求が高まっている。
【０００７】
上記を受けて特許文献1には、C：0.04〜0.08％を含有し、圧延方向の全伸び値をX、平均ランクフォード値をYで表した場合に、X≧10％かつY≧0.9、または、X＜10％かつY≧−0.05X＋1.4の関係を満たすフランジ加工性に優れる鋼板が開示されている。
【０００８】
特許文献2には、C：0.04％超0.08％以下を含有し、鋼板中に固溶するCおよびNの間に50ppm≦固溶C＋固溶N≦200ppmを満たし、かつ、固溶Cが50ppm以下、固溶Nが50ppm以上であるフランジ成形性に優れた鋼板が開示されている。
【０００９】
特許文献3には、N：0.01％以下を含有し、鋼板中に固溶するCおよびNの合計が、40ppm≦固溶C＋固溶N≦150ppmの範囲であるフランジ成形性に優れた鋼板が開示されている。
【００１０】
特許文献4には、N：0.012％以下を含有し、鋼板中に固溶するCおよびNの間に50ppm≦固溶C＋固溶Nなる関係を有する、ネックイン成形性およびフランジ成形性に優れる鋼板が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開2007-177315
【特許文献２】特開2002-294399
【特許文献３】特開平10-110244
【特許文献４】特開平10-110238
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来技術は、いずれも問題点を抱えている。
【００１３】
特許文献1および特許文献2に記載の鋼は、C量が多すぎるためフランジ加工時に局所的なくびれが生じ、フランジ割れを十分に抑制することはできない。
特許文献3および特許文献4に記載の鋼は、N量が少なすぎるため、加工性は良好であるが、二次冷間圧延を施しても強度が不足である。
【００１４】
本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、3ピース缶胴などの材料として好適であるフランジ加工性に優れる高強度缶用鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行った。その結果、以下の知見を得た。
【００１６】
フランジ加工性と引張強度を両立するためには、Cの含有量を低く抑えて溶接部の過度の硬化を防ぎ、塑性ひずみ比（以下、r値と称す）を大きくすることによりフランジ加工時の板厚減少を抑えることが有効である。また、多量のNを添加することで強度を確保し、同時に微細に析出するAlNによって溶接熱影響部（HAZ）の軟化を防止する。
【００１７】
本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
［1］質量％で、C：0.001％以上0.040％未満、Si：0.003％以上0.100％以下、Mn：0.10％以上0.60％以下、P：0.001％以上0.100％以下、S：0.001％以上0.020％以下、Al：0.005％以上0.100％以下、N：0.0130％超0.0170％以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、N total−(N as AlN)が0.0100％以上0.0160％以下であり、平均塑性ひずみ比：平均r値が1.0超であることを特徴とするフランジ加工性に優れる高強度缶用鋼板。
ただし、前記N totalとは、Nの総量であり、前記N as AlNとは、AlNとして存在するN量である。
［2］質量％で、C：0.001％以上0.040％未満、Si：0.003％以上0.100％以下、Mn：0.10％以上0.60％以下、P：0.001％以上0.100％以下、S：0.001％以上0.020％以下、Al：0.005％以上0.100％以下、N：0.0130％超0.0170％以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる鋼を連続鋳造によりスラブとし、熱間圧延を行った後、630℃未満の温度で巻取り、91.5％以上の圧延率で一次冷間圧延を行い、引き続き、焼鈍を行い、20％以下の圧延率で二次冷間圧延を行うことを特徴とするフランジ加工性に優れる高強度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。また、高強度缶用鋼板とは、圧延直角方向の引張強度が520MPa以上の缶用鋼板である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、圧延直角方向の引張強度が520MPa以上でかつ破断伸びが7％以上である、フランジ加工性に優れる高強度缶用鋼板が得られる。
鋼板のフランジ加工性が向上することにより、3ピース缶のフランジ加工時に割れを生じず、板厚の薄いDR材による製缶が可能となり、缶用鋼板の大幅な薄肉化が達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】C量と平均r値とフランジ加工性の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の缶用鋼板は、圧延直角方向の引張強度が520MPa以上、破断伸びが7％以上でかつ平均r値が1.0超のフランジ加工性に優れる高強度缶用鋼板である。そして、このような鋼板は、C含有量を低く抑え、多量のNを含有した鋼に対して、二次冷間圧延率を適切な範囲とすることにより製造される。具体的には、熱間圧延を行い、630℃未満の温度で巻取り、次いで91.5％以上の圧延率で一次冷間圧延を行い、引き続き焼鈍を行い、次いで20％以下の圧延率で二次冷間圧延を行うことで製造可能となる。これらは、本発明の最も重要な要件である。
【００２１】
本発明の缶用鋼板の成分組成について説明する。
C: 0.001％以上0.040％未満
C量が0.040％以上となると、缶胴溶接部の硬化が過大となるため、フランジ加工時に溶接部近傍の応力集中を招き、フランジ割れにつながる。このため、C量は0.040％未満とする。一方、C量が0.001％未満となると強度確保に必要な固溶C量が得られなくなり、強度不足となる。従って、C量は0.001％以上0.040％未満とする。強度の観点から、より好ましいC量は0.020％以上0.040％未満である。
【００２２】
Si: 0.003％以上0.100％以下
Si量が0.100％を超えると、表面処理性の低下、耐食性の劣化等の問題を引き起こすので、上限は0.100％とする。一方、0.003％未満とするには精錬コストが過大となるため、下限は0.003％とする。
【００２３】
Mn: 0.10％以上0.60％以下
Mnは結晶粒を微細化する作用を有し、望ましい材質を確保する上で必要な元素である。この効果を発揮するためには少なくとも0.10％以上の添加が必要である。一方、Mnを多量に添加すると耐食性が劣化し、またr値も低下するので、上限は0.60％とする。
【００２４】
P：0.001％以上0.100％以下
Pは、鋼を硬質化させ、加工性を悪化させると同時に、耐食性をも悪化させる有害な元素である。そのため、上限は0.100％とする。一方、Pを0.001％未満とするには脱Pコストがかかる。よって、下限は0.001％とする。
【００２５】
S: 0.001％以上0.020％以下
Sは、鋼中で介在物として存在し、延性の低下、耐食性の劣化をもたらす有害な元素である。そのため、上限は0.020％とする。一方、Sを0.001％未満とするには脱Sコストがかかる。よって、下限は0.001％とする。
【００２６】
Al: 0.005％以上0.100％以下
Alは、製鋼時の脱酸材として必要な元素である。含有量が0.005％未満では、脱酸が不十分となり、介在物が増加し、加工性が劣化する。一方、含有量が0.100％を超えると、アルミナクラスターなどに起因する表面欠陥の発生頻度が増加する。よって、Al量は0.005％以上0.100％以下とする。
【００２７】
N：0.0130％超0.0170％以下
本発明の鋼板はNを多量に含むことにより強度を確保する。Nが0.0130％以下であると後述するN total−(N as AlN)の十分な量が得られず、強度が不足する。一方、Nが0.0170％を超えると延性が低下し、十分なフランジ加工性が発揮されない。したがって、N量は0.0130％超0.0170％以下とする。好ましくは0.0140％以上0.0160％以下である。
【００２８】
N total−(N as AlN)：0.0100％以上0.0160％以下
強度に寄与するNは主に固溶状態のNであり、本発明の鋼板において強度を確保するためにはある程度の固溶N量が必要となる。本発明の鋼板組成では、鋼中でNが形成する化合物として主にAlNが考えられ、Nの総量（N total）からAlNとして存在するN量（N as AlN）を差し引いた値N total−(N as AlN)を固溶N量とみなすことができる。この量が0.0100％未満であると強度不足となる。一方、上記N量範囲（0.0130％超0.0170％以下）の下でN total−(N as AlN)量が多くなれば、AlN量が少なくなる。鋼中に析出するAlNは溶接熱影響部（HAZ）の結晶粒成長を抑制し、軟化を防ぐ作用がある。N total−(N as AlN)量が0.0160％を超えるとHAZ軟化防止に十分な量のAlN量が得られなくなる。したがって、N total−(N as AlN)量は0.0100％以上0.0160％以下とする。
残部はFeおよび不可避的不純物とする。公知の溶接缶用鋼板中に一般的に含有される成分元素を含有していても良い。例えば、Cr：0.10％以下、Cu：0.20％以下、Ni：0.15％以下、Mo：0.05％以下、Ti：0.3％以下、Nb：0.3％以下、Zr：0.3％以下、V：0.3％以下、Ca：0.01％以下等の成分元素を目的に応じて含有させることができる。
【００２９】
次に、本発明の缶用鋼板の平均塑性ひずみ比（平均r値）について説明する。
平均r値が大きいほど鋼板に引張変形が加えられた際の板厚減少が少ない。フランジ加工時の缶胴端部は、缶周方向の引張変形が加えられた状態になるため、平均r値が大きければ板厚減少が抑えられ、割れの発生が防止できることになる。
そこで、本発明者らは種々のC量を含有する鋼を用い、また製造条件を調整することによって種々の平均r値を有する鋼板（DR材）を作製し、C量と平均r値のフランジ加工性に及ぼす影響を調査した。なお、本発明はDR材であるため、JIS Z 2254に規定されている引張試験によるr値測定が困難である。そのため、JIS Z 2254の附属書JAに記載の固有振動法を用いて平均r値を測定した。また、フランジ加工性は、190g飲料缶サイズの缶胴成形を行い、フランジ割れ発生の有無で評価した。
図１にC量と平均r値とフランジ加工性および強度の関係を示す。フランジ加工部で割れが無く、引張強度が530MPa以上の場合を○、フランジ加工部で割れが無く、引張強度が530MPa未満の場合を●、フランジ加工部で小さい割れ（長さ1mm未満）が発生した場合を△、大きい割れ（長さ1mm以上）が発生した場合を×とした。C量が0.040％未満であっても平均r値が1.0以下の鋼板はフランジ割れを生じており、フランジ割れを防ぐには、C量が0.040％未満で、かつ、平均r値を1.0超とする必要があることがわかる。
【００３０】
以上より、本発明では、平均r値は1.0超とする。
【００３１】
なお、上記平均r値は、CおよびMnの含有量を上記範囲に限定することにより制御することができる。また、平均r値は、JIS Z 2254の附属書JAに示されている方法により測定し、評価することとする。詳細は実施例に後述する。
【００３２】
圧延直角方向の引張強度が520MPa以上、破断伸び７％以上
引張強度は、蓋の耐圧強度や缶の突き刺し強度および缶体強度を確保するために必要である。近年、飲料缶の成形方法として、圧延方向に沿って溶接する方法が増えており、この場合、缶体強度として必要になるのは圧延直角方向の強度である。よって、引張強度は、圧延直角方向の引張強度が520MPa以上とする。
【００３３】
また、破断伸びは7％未満であるとフランジ割れを生じるため、本発明においては７％以上とする。
なお、引張強度および破断伸びは、「JIS Z 2241」に示される金属材料引張試験方法により測定することができる。
【００３４】
次に、本発明の缶用鋼板の製造方法について説明する。
本発明の缶用鋼板は、上記組成からなる鋼を連続鋳造によりスラブとし、熱間圧延を行った後、630℃未満の温度で巻取り、91.5％以上の圧延率で一次冷間圧延を行い、引き続き、焼鈍を行い、20％以下の圧延率で二次冷間圧延を行うことで製造される。
【００３５】
転炉等を用いた通常公知の溶製方法により溶製することができる。また、連続鋳造法等の通常用いられる鋳造方法で圧延素材とする。この時、熱間圧延前のスラブ再加熱温度は特に限定するものではないが、1200〜1300℃が好ましい。スラブ再加熱温度が高すぎると製品表面の欠陥や、エネルギーコストが上昇するなどの問題が発生する場合がある。一方、低すぎると、最終仕上圧延温度の確保が難しくなる場合がある。
【００３６】
熱間圧延により、熱延板とする。圧延開始時には、圧延素材が、1100℃以上になるのが好ましい。また、熱間仕上圧延温度は、熱延鋼板の結晶粒粗大化防止や析出物分布の均一性の観点から、Ar3変態点以上が好ましい。
【００３７】
巻取り温度630℃未満
巻取り温度が630℃以上であると、巻取り後に析出するAlN量が過大となり、強度を確保するために十分な量のN total−(N as AlN)量が得られなくなる。従って、熱間圧延後の巻取り温度は630℃未満とする。
【００３８】
次に、必要に応じて、酸洗を行うことができる。酸洗は、表層スケールが除去できればよく、特に条件は規定しない。
【００３９】
91.5％以上の圧延率で一次冷間圧延
前述したように、SR法に比べてDR法は板厚を薄くすることが容易であり、強度に優れた鋼板を製造することが可能であるため、本発明においてはDR法を採用する。一次冷間圧延率が小さい場合、極薄の鋼板を製造するためには熱間圧延の仕上げ厚を薄くするか、二次冷間圧延率を大きくすることが必要となる。熱間圧延の仕上げ厚が薄くなると所定の仕上げ圧延温度を確保することが困難となる。また、二次冷間圧延率を大きくすることは後述の理由から好ましくない。一次冷間圧延率が91.5％以上であれば熱間圧延の仕上げ厚を薄くしたり、二次冷間圧延率を大きくする必要は無く、極薄の鋼板を製造することが可能である。したがって、一次冷間圧延率は91.5％以上とする。好ましくは、91.5％以上95％以下である。
【００４０】
一次冷間圧延後の焼鈍は、バッチ焼鈍あるいは連続焼鈍のいずれによっても行うことができる。均熱温度は再結晶温度以上800℃以下とすることが好ましい。
【００４１】
20％以下の圧延率で二次冷間圧延
二次冷間圧延の圧延率が20％を超えると、二次冷間圧延による加工硬化が過大となり、７％以上の破断伸びが得られなくなる。したがって、二次冷間圧延率は20％以下とする。好ましくは、10％以上15％以下である。
二次冷間圧延以降は、めっき処理等の工程を常法通り行い、缶用鋼板として仕上げることができる。
【実施例】
【００４２】
表1に示す成分組成を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる鋼を実機転炉で溶製し、連続鋳造法により鋼スラブを得た。得られた鋼スラブを1250℃で再加熱した後、圧延開始温度1150℃で熱間圧延を行って表2に示す厚さまで圧延し、表2に示す巻取り温度で巻取った。熱間圧延の仕上げ圧延温度は880℃とし、熱間圧延後には酸洗を施している。次いで、表2に示す圧延率で一次冷間圧延を行い、均熱温度700℃にて連続焼鈍し、引き続き、表2に示す圧延率で二次冷間圧延を施した。
以上により得られた鋼板にSnめっきを両面に連続的に施して、片面Sn付着量2.8g/m2のぶりきを得た。
【００４３】
【表１】
【００４４】
【表２】
【００４５】
以上により得られためっき鋼板（ぶりき）に対して、210℃、15分の塗装焼付け相当の熱処理を行った後、引張試験を行った。引張試験は、JIS5号サイズの引張試験片を用いて、JIS Z 2241に従い、圧延直角方向の引張強度（破断強度）および破断伸びを測定した。
【００４６】
平均r値は、JIS Z 2254の附属書JAに記載の固有振動法を用いて測定した。
【００４７】
また、塗装焼付け相当の熱処理を施した鋼板を用いてシーム溶接によって外径52.8mmの缶胴成形を行い、端部を外径50.4mmまでネックイン加工した後に外径55.4mmまでフランジ加工を行ってフランジ割れ発生の有無を評価した。缶胴成形は190g飲料缶サイズとし、鋼板圧延方向に沿って溶接を行った。ネックイン加工はダイネック方式により、フランジ加工はスピンフランジ方式により行った。フランジ加工部で小さい割れ（長さ1mm未満）が発生した場合を△、大きい割れ（長さ1mm以上）割れが発生した場合を×、割れが発生しない場合を○と評価した。
【００４８】
以上により得られた結果を表3に示す。
【００４９】
【表３】
【００５０】
表3より、本発明例（No1〜6）は、強度に優れており、極薄の缶用鋼板として必要な引張強度520MPa以上を達成している。また、加工性にも優れており、蓋や3ピース缶胴の加工に必要な7％以上の破断伸びを有している。
【００５１】
一方、比較例のNo.7およびNo.8は、C含有量が多すぎるため、缶胴溶接部の硬化が過大となり、溶接部近傍においてフランジ割れを生じている。
比較例のNo.9は、N含有量が少なすぎるため、引張強度が不足している。比較例のNo.10は、N含有量が多すぎるため、二次冷間圧延により延性が損なわれ、破断伸びが不足している。
比較例のNo.11は、巻取り温度が高すぎるため、N total−(N as AlN)量が少なくなり、引張強度が不足している。比較例のNo.12は、N total−(N as AlN)量が多すぎるため、AlN量が少なくなり、HAZ軟化が過大となってフランジ割れが生じている。
比較例のNo.13およびNo.14は、Mn含有量が大きすぎるため、平均r値が過小となり、フランジ割れが生じている。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
3ピース缶胴等を低コストにて製造するための材料として最適であり、缶蓋、缶底等の材料としても好適に使用できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、C：0.001％以上0.040％未満、Si：0.003％以上0.100％以下、Mn：0.10％以上0.60％以下、P：0.001％以上0.100％以下、S：0.001％以上0.020％以下、Al：0.005％以上0.100％以下、N：0.0130％超0.0170％以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、
N total−(N as AlN)が0.0100％以上0.0160％以下であり、平均塑性ひずみ比：平均r値が1.0超であることを特徴とするフランジ加工性に優れる高強度缶用鋼板。
ただし、前記N totalとは、Nの総量であり、前記N as AlNとは、AlNとして存在するN量である。
【請求項２】
質量％で、C：0.001％以上0.040％未満、Si：0.003％以上0.100％以下、Mn：0.10％以上0.60％以下、P：0.001％以上0.100％以下、S：0.001％以上0.020％以下、Al：0.005％以上0.100％以下、N：0.0130％超0.0170％以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる鋼を連続鋳造によりスラブとし、熱間圧延を行った後、630℃未満の温度で巻取り、91.5％以上の圧延率で一次冷間圧延を行い、引き続き、焼鈍を行い、20％以下の圧延率で二次冷間圧延を行うことを特徴とするフランジ加工性に優れる高強度缶用鋼板の製造方法。
【請求項１】
質量％で、C：0.001％以上0.040％未満、Si：0.003％以上0.100％以下、Mn：0.10％以上0.60％以下、P：0.001％以上0.100％以下、S：0.001％以上0.020％以下、Al：0.005％以上0.100％以下、N：0.0130％超0.0170％以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、
N total−(N as AlN)が0.0100％以上0.0160％以下であり、平均塑性ひずみ比：平均r値が1.0超であることを特徴とするフランジ加工性に優れる高強度缶用鋼板。
ただし、前記N totalとは、Nの総量であり、前記N as AlNとは、AlNとして存在するN量である。
【請求項２】
質量％で、C：0.001％以上0.040％未満、Si：0.003％以上0.100％以下、Mn：0.10％以上0.60％以下、P：0.001％以上0.100％以下、S：0.001％以上0.020％以下、Al：0.005％以上0.100％以下、N：0.0130％超0.0170％以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる鋼を連続鋳造によりスラブとし、熱間圧延を行った後、630℃未満の温度で巻取り、91.5％以上の圧延率で一次冷間圧延を行い、引き続き、焼鈍を行い、20％以下の圧延率で二次冷間圧延を行うことを特徴とするフランジ加工性に優れる高強度缶用鋼板の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１３−１９０２７（Ｐ２０１３−１９０２７Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５３７１８（Ｐ２０１１−１５３７１８）
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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