(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、C：0.080％超え0.130％以下、Si：0.003％以上0.10％以下、Mn：0.10％以上0.80％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：0.020％以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、圧延方向断面において、平均結晶粒径が5μm以上、結晶粒の展伸度が2.0以下であり、引張強度が500MPa以上で、破断伸びが10％以上であることを特徴とする高強度高加工性缶用鋼板。
【請求項２】
質量％で、C：0.080％超え0.130％以下、Si：0.003％以上0.10％以下、Mn：0.10％以上0.80％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：0.020％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に620℃未満の温度で巻き取り、次いで、85％超え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、10％以上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高強度高加工性缶用鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度であり、かつ、高い加工性を有する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 Reduce）材と呼ばれる鋼板が用いられる場合がある。焼鈍の後に再度冷間圧延を行うDR材は、圧延率の小さい調質圧延のみを行うSR（Single Reduce）材に比べて板厚を薄くすることが容易であり、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法は焼鈍後に冷間圧延を施すことで加工硬化が生じるため、薄くて硬い鋼板を製造することができるが、その反面、DR材は延性に乏しいため、SR材に比べて加工性に劣る。
【０００４】
また、飲料缶、食缶の蓋としては、EOE（Easy Open End）が広く使用されている。EOEを製造するに際しては、タブを取り付けるためのリベットを張り出し加工および絞り加工によって成形する必要があり、この加工に要求される材料の延性は、引張試験における約10％の伸びに相当する。
【０００５】
また、3ピース飲料缶の胴材は、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を施される。そのため、この際の缶胴端部にも約10％の伸びが要求される。
【０００６】
一方で、製缶素材としての鋼板は板厚に応じた強度が必要とされ、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、約500MPa以上の引張強度が必要とされる。
【０００７】
従来用いられてきたDR材では、上記のような延性と強度を両立することは困難であり、EOEや飲料缶の胴材には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、EOEや飲料缶の胴材に対してもDR材を適用する要求が高まっている。
【０００８】
これらを受けて、特許文献1には、低炭素鋼を一次冷間圧延率85％以下にてDR材を製造することにより、r値が高く、フランジ加工性に優れた鋼板の製造方法が開示されている。
【０００９】
特許文献2には、低炭素鋼焼鈍工程において窒化処理を施すことにより、硬度と加工性を両立するDR材の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭63-7336号公報
【特許文献２】特開2004-323905号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
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。
【００１２】
特許文献１に記載の製造方法では、一次冷間圧延率を小さくする必要があるため、熱間圧延の仕上げ厚の制約により、極薄の鋼板は製造できない。熱間圧延の仕上げ厚を小さくすると、仕上げ圧延温度が低くなり、所定の温度に保つことが困難である。
【００１３】
特許文献2に記載の製造方法では、再結晶が終了した後に窒化処理を施す必要があるため、連続焼鈍工程において窒化処理を施す場合でもラインスピードの低下や加熱炉長の増加などのコスト増が避けられない。
【００１４】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、蓋、底および3ピース缶胴などに適用可能であり、特にEOEの材料として好適である高強度高加工性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】
延性と強度を両立するためには、適切な量のCを添加して強度を付与しつつ、焼鈍後の二次冷間圧延率を適切な範囲に制限して延性を確保することが有効である。
【００１７】
また、熱間圧延後の巻き取り温度が高いと、析出するセメンタイトが粗大となり、局部伸びが低下するため、巻き取り温度も適切な温度範囲に制限する必要がある。
【００１８】
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：0.080％超え0.130％以下、Si：0.003％以上0.10％以下、Mn：0.10％以上0.80％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：0.020％以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、圧延方向断面において、平均結晶粒径が5μm以上、結晶粒の展伸度が2.0以下であり、引張強度が500MPa以上で、破断伸びが10％以上であることを特徴とする高強度高加工性缶用鋼板。
［２］質量％で、C：0.080％超え0.130％以下、Si：0.003％以上0.10％以下、Mn：0.10％以上0.80％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：0.020％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に620℃未満の温度で巻き取り、次いで、85％超え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を特徴とする高強度高加工性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。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、引張強度が500MPa以上でかつ破断伸びが10％以上の高強度高加工性缶用鋼板を得ることができる。
その結果、原板（鋼板）の加工性向上により、EOEのリベット加工時や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。
【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、引張強度が500MPa以上でかつ破断伸びが10％以上の高強度高加工性缶用鋼板である。そして、このような鋼板は、0.080％超えのCを含有する鋼を用いて、熱間圧延後の巻き取り温度および二次冷間圧延率を適正な条件に設定することにより、製造することが可能となる。
【００２１】
本発明の缶用鋼板の成分組成について説明する。
【００２２】
C: 0.080％超え0.130％以下
本発明の缶用鋼板においては、二次冷間圧延率を抑えて伸びを確保する一方、C量を高めとすることで高強度を発揮する。C量が0.080％以下であると、鋼板の薄肉化による顕著な経済効果を得るために必要な引張強度500MPaが得られない。したがって、C量は0.080％超えとする。一方、C量が0.130％を超えると過剰に硬質となり、加工性を確保したまま二次冷間圧延で薄い鋼板を製造することが不可能となる。したがって、C量の上限は0.130％とする。
【００２３】
Si: 0.003％以上0.10％以下
Si量が0.10％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0.10％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。
【００２４】
Mn: 0.10％以上0.80％以下
Mnは、Sによる熱延中の赤熱脆性を防止し、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。これら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を多量に添加し過ぎると、耐食性が劣化し、また、鋼板が過剰に硬質化するので、上限は0.80％とする。
【００２５】
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％未満とするには脱リンコストが過大となる。よって、下限は0.001％とする。
【００２６】
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％未満とするには脱硫コストが過大となる。よって、下限は0.001％とする。
【００２７】
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。添加量が少ないと、脱酸が不十分となり、介在物が増加し、加工性が劣化する。含有量が0.005％以上であれば十分に脱酸が行われているとみなすことができる。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。
【００２８】
N: 0.020％以下
Nは多量に添加すると、熱間延性が劣化し、連続鋳造においてスラブの割れが発生する。よって、上限は0.020％とする。なお、N量を0.001％未満とするには精錬コストが過大となるので、N量は0.001％以上とすることが好ましい。
【００２９】
残部はFeおよび不可避的不純物とする。
【００３０】
次に、本発明の缶用鋼板の機械的性質について説明する。
【００３１】
引張強度は500MPa以上とする。引張強度が500MPa未満であると、製缶素材としての鋼板の強度を確保するために、顕著な経済効果が得られるほど鋼板を薄くすることができない。よって、引張強度は500MPa以上とする。
【００３２】
破断伸びは10％以上とする。破断伸びが10％未満であると、EOEに適用した場合のリベット加工の際に割れを生じる。また、3ピース缶胴に適用した場合でも、フランジ加工の際に割れを生じる。したがって、破断伸びは10％以上とする。
【００３３】
なお、上記引張強度および上記破断伸びは文献「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結晶粒径について説明する。
【００３５】
圧延方向断面における平均結晶粒径は5μm以上とする。本発明の缶用鋼板の最終的な機械的性質には結晶粒の状態が大きく影響する。圧延方向断面における平均結晶粒径が5μm未満であると、鋼板の伸びが不足し、加工性を損なうことになる。
【００３６】
また、圧延方向断面における結晶粒の展伸度を2.0以下とする。展伸度とは、文献「JIS G 0202」に示されるように、加工によってフェライト結晶粒が展伸された度合いを表す値である。圧延方向断面における結晶粒の展伸度が2.0を超えると、フランジ加工性やネック加工性に重要な圧延直角方向の伸びが不足する。二次冷間圧延の圧延率とともに展伸度は増加するが、20％程度までの二次冷間圧延率で上記の展伸度に抑えるためには、鋼が0.080％を超えるCを含んでいる必要がある。すなわち、Cが0.080％以下であると熱間圧延後に析出するセメンタイト粒の数が少なくなり、フェライトからのCの流出も少なくなるので、結果的に固溶Cが多く残存する。固溶Cは焼鈍時の粒成長を抑えるため、一次冷圧によって扁平した結晶粒の形状が残存し、展伸度は大きくなる。
【００３７】
なお、上記圧延方向断面における平均結晶粒径および上記圧延方向断面における結晶粒の展伸度は文献「JIS G 0551」に示される結晶粒度の顕微鏡試験方法により測定することができる。
【００３８】
次に、本発明の缶用鋼板の製造方法について説明する。
本発明の高強度高加工性缶用鋼板は、連続鋳造によって製造された上記組成からなる鋼スラブを用い、熱間圧延を行った後に620℃未満の温度で巻き取り、次いで、85％超え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作製する。
通常は一回の冷間圧延のみでは顕著な経済効果が得られるような薄い板厚とすることは困難である。すなわち、一回の冷間圧延で薄い板厚を得るには圧延機への負荷が過大であり、設備能力によっては不可能である。例えば、最終板厚を0.15mmとする場合には、熱間圧延後の板厚を2.0mmとすると、92.5％と大きな一次冷間圧延率が必要となる。また、冷間圧延後の板厚を小さくするために熱間圧延の段階で通常よりも薄く圧延することも考えられるが、熱間圧延の圧延率を大きくすると、圧延中の鋼板の温度低下が大きくなり、所定の仕上げ圧延温度が得られなくなる。さらに、焼鈍前の板厚を小さくすると、連続焼鈍を施す場合は、焼鈍中に鋼板の破断や変形等のトラブルが生じる可能性が大きくなる。これらの理由により、本発明においては焼鈍後に二回目の冷間圧延を施し、極薄の鋼板を得ることとする。
【００３９】
熱間圧延後の巻き取り温度：620℃未満
熱間圧延後の巻き取り温度が620℃以上であると、形成するパーライト組織が粗大となり、これが脆性破壊の起点となるために局部伸びが低下して10％以上の破断伸びが得られない。よって、熱間圧延後の巻き取り温度は620℃未満とする。より好ましくは、560℃〜620℃である。
【００４０】
一次冷間圧延率：85％超え
一次冷間圧延率が小さい場合、最終的に極薄の鋼板を得るために熱間圧延と二次冷間圧延の圧延率を大きくする必要がある。熱間圧延率を大きくすることは上述の理由から好ましくなく、二次冷間圧延率は後述する理由により制限する必要がある。以上の理由により、一次冷間圧延率を85％以下とすると製造が困難となる。したがって、一次冷間圧延率は85％超えとする。より好ましくは、90〜92％である。
【００４１】
焼鈍
焼鈍条件は特に限定しないが、焼鈍により再結晶が完了する必要がある。製造コストの観点から連続焼鈍法を用いるのが好ましく、操業効率および薄鋼板の焼鈍中の破断防止の観点から均熱温度は600〜750℃とすることが好ましい。
【００４２】
二次冷間圧延率：20％以下
二次冷間圧延率は20％以下とする。二次冷間圧延率を20％超えとすると、二次冷間圧延による加工硬化が過大となり、10％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。より好ましくは、10％以上20％以下である。
【００４３】
二次冷間圧延以降は、めっき等の工程を常法通り行い、缶用鋼板として仕上げる。
【実施例】
【００４４】
表1に示す成分組成を含有し、残部がFe及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、表2に示す条件で熱間圧延、一次冷間圧延を施した。熱間圧延の仕上げ圧延温度は890℃とし、圧延後には酸洗を施している。次いで、一次冷間圧延の後、均熱温度700℃、均熱時間20秒の連続焼鈍および表2に示す条件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。
【００４５】
【表１】
0005540580.tif 000002
【００４６】
【表２】
0005540580.tif 000003
【００４７】
以上により得られためっき鋼板（ぶりき）に対して、210℃、20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、引張強度（破断強度）および破断伸びを測定した。
また、めっき鋼板のサンプルを採取し、圧延方向断面における、平均結晶粒径および結晶粒の展伸度を測定した。圧延方向断面における平均結晶粒径および結晶粒の展伸度は、鋼板の垂直断面を研磨しナイタルエッチングにより粒界を現出させた上で、文献「JIS G 0551」に記載の直線試験線による切断法により測定した。
【００４８】
得られた結果を表3に示す。
【００４９】
【表３】
0005540580.tif 000004
【００５０】
表3より、本発明例であるNo.1〜7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500MPa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10％以上の伸びを有している。
【００５１】
一方、比較例のNo.8、9は、C含有量が少なすぎるため、引張強度が不足し、結晶粒の展伸度も大きくなっている。また、比較例のNo.10は、C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、巻き取り温度が高すぎるため、局部伸びが低下し、破断伸びが不足している。比較例のNo.12は、二次冷間圧延率が大きすぎるため、平均結晶粒径が小さく、展伸度が大きくなり、破断伸びが不足している。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の缶用鋼板は、500MPa以上の引張強度、10％以上の破断伸びを有し、薄い板厚にて得ることが可能である。そのため、缶蓋、缶底、3ピース缶胴等の材料として最適である。