(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：0.0005〜0.0050wt％、Si：0.20wt％以下、Mn：0.05〜1.00wt％、Al：0.005〜0.100wt％、Nb：0.003〜0.020wt％、Ｐ：0.100wt％以下、Ｓ：0.010wt％以下およびＮ：0.0050wt％以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる化学組成を有し、平均ｒ値を1.50以上で、かつΔｒ値を絶対値で0.30以下に調整した板厚が0.30mm以下の鋼板を素材として、前記素材を打ち抜き加工後、絞り加工を、絞り比：1.80以上、ボトム部の減厚率：10％以上の条件下で施し、次いで再絞り加工およびしごき加工を行うことを特徴とするボトム耐圧強度に優れた軽量缶の製造方法。
【請求項２】
Ｃ：0.0005〜0.0050wt％、Si：0.20wt％以下、Mn：0.05〜1.00wt％、Al：0.005〜0.100wt％、Nb：0.003〜0.020wt％、Ｐ：0.100wt％以下、Ｓ：0.010wt％以下およびＮ：0.0050wt％以下を含み、さらにNi：0.05〜0.50wt％、Cr0.05〜0.50wt％およびCu：0.05〜0.50wt％のいずれか少なくとも１種を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる化学組成を有し、平均ｒ値を1.50以上で、かつΔｒ値を絶対値で0.30以下に調整した板厚が0.30mm以下の鋼板を素材として、前記素材を打ち抜き加工後、絞り加工を、絞り比：1.80以上、ボトム部の減厚率：10％以上の条件下で施し、次いで再絞り加工およびしごき加工を行うことを特徴とするボトム耐圧強度に優れた軽量缶の製造方法。
【請求項３】
Ｃ：0.0005〜0.0050wt％、Si：0.20wt％以下、Mn：0.05〜1.00wt％、Al：0.005〜0.100wt％、Nb：0.003〜0.020wt％、Ｐ：0.100wt％以下、Ｓ：0.010wt％以下およびＮ：0.0050wt％以下を含み、さらにTi：0.005〜0.0100wt％を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる化学組成を有し、平均ｒ値を1.50以上で、かつΔｒ値を絶対値で0.30以下に調整した板厚が0.30mm以下の鋼板を素材として、前記素材を打ち抜き加工後、絞り加工を、絞り比：1.80以上、ボトム部の減厚率：10％以上の条件下で施し、次いで再絞り加工およびしごき加工を行うことを特徴とするボトム耐圧強度に優れた軽量缶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、主として飲料缶に用いられる軽量缶、中でもＤＩ（Drawn and WallIroned）缶の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＩ缶は、所定の素材から、大きく分けて２つのプロセスからなる加工を経て製造されるのが一般的である。
例えば350 ml缶は、素材となる板材から120 mm径程度の円板を打ち抜き、引き続き絞り加工を施して、約30〜35mmの深さでボトム（底）の径が約90mmの、いわゆるファーストカップと呼ばれる、浅底の中間段階のカップを製造する第１の工程、そして得られたファーストカップに再絞り加工および３段程度のしごき加工を連続して施す第２の工程にて、製造される。なお、第２の工程である再絞り加工およびしごき加工は、１プロセスで極めて高能率で行われており、ここで使用する装置はボディメーカーと呼称される、完成度の高い装置である。
【０００３】
上記製缶方法は、主としてJIS H4000 における合金番号3004程度のアルミ材、Ｔ３−ＢＡ（調質度Ｔ３の箱焼鈍材）およびＴ３−ＣＡ（調質度Ｔ３の連続焼鈍材）を素材とする場合に限定して適用され、缶用鋼板に多用される硬質な低炭素アルミキルド鋼を素材とする場合には適用されていない。なぜなら、低炭素アルミキルド鋼は加工性に乏しく、上記製缶方法に耐えることができないからである。
【０００４】
ところが、近年の鉄鋼技術の進歩により鋼の極低炭素化が可能になり、これによって低炭素アルミキルド鋼の問題である加工性の劣化を補えるようになったため、ＤＩ缶への極低炭素鋼の適用が検討されている（特開平４−280926号および特開昭58−197224号各公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、極低炭素化によって鋼板の加工性は向上したものの、強度の低下、特に加工して得られた缶におけるボトム耐圧強度に代表される缶体強度の低下が不可避に生じることが問題として残されており、さらに、ＤＩ缶に適用するには、絞り加工が行われた際の耳の発生が少ない特性、すなわちノンイヤリング性の改善、そして製缶後に缶径を縮小する加工、すなわちネックイン成形性の改善がそれぞれ必須であった。
【０００６】
従って、当初は主として自動車用鋼板として開発された、この種鋼板をそのまま缶用鋼板に適用するには、未だ多くの改善が不可欠であった。
そこで、本発明は極低炭素鋼を素材とした鋼板( 以下、表面処理材も含む。）缶用鋼板に適用する場合にも、上記の不利を招くことなしに、ＤＩ缶の製造を可能とする手法について提案することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、加工性に優れた鋼板、中でも高い平均ｒ値を有する鋼板について、特にＤＩ缶に要求されるノンイヤリング性およびネックイン成形性などの特性を含めて、種々の検討を行ったところ、ネックイン成形性の改善に有効である鋼板を開発するに到ったが、この鋼板においても強度が低いため缶体の強度は実用に耐えないものであった。さらに、この問題を解消するため、ＤＩ缶の成形工程、中でも従来はあまり検討されていないファーストカップの成形工程に着目し、この工程での諸条件を詳細に検討したところ、実用に耐える缶体強度が得られる手法を見出し本発明を完成するに到った。
【０００８】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
(1) Ｃ：0.0005〜0.0050wt％、Si：0.20wt％以下、Mn：0.05〜1.00wt％、Al：0.005〜0.100wt％、Nb：0.003〜0.020wt％、Ｐ：0.100wt％以下、Ｓ：0.010wt％以下およびＮ：0.0050wt％以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる化学組成を有し、平均ｒ値を1.50以上で、かつΔｒ値を絶対値で0.30以下に調整した板厚が0.30mm以下の鋼板を素材として、前記素材を打ち抜き加工後、絞り加工を、絞り比：1.80以上、ボトム部の減厚率：10％以上の条件下で施し、次いで再絞り加工およびしごき加工を行うことを特徴とするボトム耐圧強度に優れた軽量缶の製造方法。
【０００９】
(2) Ｃ：0.0005〜0.0050wt％、Si：0.20wt％以下、Mn：0.05〜1.00wt％、Al：0.005〜0.100 wt％、Nb：0.003〜0.020wt％、Ｐ：0.100wt％以下、Ｓ：0.010wt％以下およびＮ：0.0050wt％以下を含み、さらにNi：0.05〜0.50wt％、Cr0.05〜0.50wt％およびCu：0.05〜0.50wt％のいずれか少なくとも１種を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる化学組成を有し、平均ｒ値を1.50以上で、かつΔｒ値を絶対値で0.30以下に調整した板厚が0.30mm以下の鋼板を素材として、前記素材を打ち抜き加工後、絞り加工を、絞り比：1.80以上、ボトム部の減厚率：10％以上の条件下で施し、次いで再絞り加工およびしごき加工を行うことを特徴とするボトム耐圧強度に優れた軽量缶の製造方法。
【００１０】
(3) Ｃ：0.0005〜0.0050wt％、Si：0.20wt％以下、Mn：0.05〜1.00wt％、 Al：0.005〜0.100wt％、Nb：0.003〜0.020wt％、Ｐ：0.100wt％以下、Ｓ：0.010wt％以下およびＮ：0.0050wt％以下を含み、さらにTi：0.005〜0.0100wt％を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる化学組成を有し、平均ｒ値を1.50以上で、かつΔｒ値を絶対値で0.30以下に調整した板厚が0.30mm以下の鋼板を素材として、前記素材を打ち抜き加工後、絞り加工を、絞り比：1.80以上、ボトム部の減厚率：10％以上の条件下で施し、次いで再絞り加工およびしごき加工を行うことを特徴とするボトム耐圧強度に優れた軽量缶の製造方法。
【００１１】
本発明は、まず加工性、耐時効性を改善すべく、Ｃ量を0.0005〜0.0050wt％に低減するとともに、その他の不純物成分を低減し、またNbを適正範囲で含有することによって、最終冷延焼鈍板の集合組織を適宜制御した鋼板を製造する。次いで、得られた鋼板を打ち抜き加工後に、ＤＩ缶製造の最初の工程であるファーストカップの成形に当たり、用いる鋼板の加工性が向上したことによる、従来鋼板対比での成形範囲の大幅な拡大を利用して、絞り比を1.80以上とするとともに、ボトム部の減厚率、すなわち加工前の板厚に対するボトム部の板厚減少率をボトム部全面の平均で10％以上とすることによって、従来の成形条件では、ほとんど歪みの付与されない部分に積極的に伸び歪みを付与して加工硬化させ、特にボトム部の耐圧強度を増加するのである。
【００１２】
【作用】
以下に、本発明における各限定理由について、成分組成から順に述べる。
Ｃ：0.0005〜0.0050wt％
Ｃ量は、伸びおよびｒ値の向上の観点から低減することが望ましいが、0.0005wt％未満では粒径の著しい粗大化によって加工後の表面に肌荒れ、いわゆるオレンジピール現象が顕在化して外観不良のトラブルをまねく危険性がある。一方、0.0050wt％をこえると、ｒ値が低下傾向を示す上、耐時効性の劣化が顕著になる。なお、加工性の向上をはかるには、0.0030wt％以下に制限することが好ましい。
【００１３】
Si：0.20wt％以下
Siは、0.20wt％をこえて含有すると、表面処理性の劣化が顕著になるため、0.20wt％以下、より好ましくは0.02wt％以下に限定する。なお、下限は製鋼工程でのSi低減コストと関係するため特に制限しない。
【００１４】
Mn：0.05〜1.00wt％
Mnは、鋼の赤熱脆性を防止するために、不可避的に混入するＳ量に応じて含有する必要があるが、少なくとも0.05wt％以上を含有することで赤熱脆性を防止できる。また、Mnの含有によって、高強度化をはかることが可能である。この高強度化の機構の詳細は明らかではないが、変態点の低下に関連していると考えられる。すなわち、Mn自体の固溶強化能はさほど大きいものではないが、組織の微細化が促進されて、缶用鋼板に必要な耐肌荒れ性が改善され、同時に細粒化による強化も期待できる。さらに、Mnの含有によって、冷間圧延後の焼鈍工程における再結晶温度が低下し、操業条件の規制を緩和することができる。この機構も詳細は明らかではないが、析出物の均一粗大化によるものと考えられる。
一方、Mn含有量が1.00wt％をこえると、平均ｒ値の低下に代表される、加工性の劣化が顕著になるため、1.00wt％以下、さらに高いｒ値を得るには0.60wt％以下、より望ましくは0.30wt％以下に制限することが好ましい。
【００１５】
Al：0.005 〜0.100 wt％
Alは、従来鋼と同様に鋼の脱酸材として含有させ、また鋼中の非金属介在物量を低下して、これら介在物に起因するフランジ部のクラック発生を防止し、さらに鋼中のＮを固定安定化する効果や平均ｒ値を向上させる観点からも必須の成分であり、0.005 wt％以上は必要である。一方、0.100 wt％をこえると、鋼板表面にアルミナクラスターなどが生成して表面欠陥の原因となりやすいため、0.100 wt％以下とする。特に、熱間圧延時の鋼板エッジ割れの発生率を低減するには、望ましくは0.020 〜0.060 wt％の範囲とすることが好ましい。
【００１６】
Nb：0.003 〜0.020 wt％
Nbは、鋼板の面内異方性および平均ｒ値をそれぞれ改善し、また結晶粒の細粒化および成形時の肌荒れ防止に対しても有効であるところから、0.003 wt％以上は必要である。一方、0.020 wt％をこえると、再結晶温度が上昇して冷間圧延後の焼鈍工程が有効に作用しなくなり、また本発明で対象とする極薄缶用鋼板の製造過程ではΔｒの劣化が特に顕著となるため、0.020 wt％以下とする。なお、熱間圧延条件をはじめとする製造条件の規制緩和および成分コストの抑制をはかるのには、0.015 wt％以下にすることが好ましい。
【００１７】
Ｐ：0.100 wt％以下、
Ｐは、Siと同様に固溶強化能が大きいため補助的に利用する成分であるが、多量の含有は耐食性の劣化や材料の脆化などをまねく上、再結晶温度の上昇をまねくことから、0.100 wt％以下に限定する。なお、好ましくは0.005 〜0.040 wt％とすることが好ましい。
【００１８】
Ｓ：0.010 wt％以下
Ｓ量を低減することにより、鋼中の介在物が減少し加工性が向上するため、0.010 wt％以下に抑制する。特にゲージダウン化（鋼板板厚の減少）が進行した場合は、このＳ量の低減による効果は顕著である。より望ましくは、0.005 wt％以下にすると、さらに加工性、中でも剪断部の伸びフランジ特性や耐食性において有効である。
【００１９】
Ｎ：0.0050wt％以下
Ｎは、多量に残留すると、鋼板の時効によりネックイン成形性が悪化し、また平均ｒ値も低下するため、0.0050wt％以下、より望ましくは0.0030wt％以下に抑制する。さらに一層厳格な用途には、0.0015wt％以下とするのが望ましい。
【００２０】
また、本発明においては、上記基本成分に加え、Ni、CrおよびCuのいずれか少なくとも１種を、それぞれ0.05〜0.50wt％の範囲で添加することが可能である。
Ni、CrおよびCuはいずれも、固溶強化能は比較的小さいものの細粒化強化機構により缶体強度を高めることが可能である。このような細粒化強化は、ネックイン成形性を阻害しない点でも有利である。また、組織の細粒化は耐肌荒れ性の向上にも有効である。これらの効果は、単独添加または複合添加に係わりなく、いずれか１種または２種以上の添加量が0.05wt％以上であれば期待することができる。一方、0.50wt％をこえて添加しても、単にコスト上昇をまねくため、0.50wt％以下に限定する。
【００２１】
さらに、本発明においては、上記基本成分に加え、Tiを0.005 〜0.010wt ％の範囲で添加することが可能である。
Tiは、鋼板の平均ｒ値をより高い水準に引き上げる効果があり、少なくとも0.005 wt％以上の添加が必要であるが、0.010wt ％をこえると効果が飽和する上、表面性状が劣化するから、0.010wt ％以下に限定する。特に、良好な表面性状が厳格に要求される場合は、上限を0.008wt ％にすることが好ましい。
【００２２】
本発明に従う缶用鋼板は、上記成分組成に成るスラブを熱間圧延後に冷間圧延を施し、次いで焼鈍を行い、その後必要に応じて調質圧延を施して得られるが、得られた鋼板における、平均ｒ値を1.50以上でかつΔｒ値の絶対値を0.30以下に調整することが肝要である。
すなわち、鋼板の平均ｒ値を高くすることによって、ファーストカップの成形工程における絞り比を大きくするとともに、しわ抑え圧力を大きくとり、ボトム部の加工硬化量を従来法に比較して大きくし、ボトム部の耐圧強度を増加するのである。従って、鋼板のｒ値を高くする必要があり、鋼板の降伏応力との相関もあるが、平均ｒ値を1.50以上にすることによって、ファーストカップの成形工程における絞り比を大きくすることが可能である。特に、上記成形工程を安定させるには、平均ｒ値を1.80以上にすることが好ましい。
【００２３】
また、深絞り成形における耳の発生（イヤリング不良）を防止するには、鋼板のΔｒ値を小さくすることが有効であり、Δｒ値の絶対値で0.30以下、望ましくは0.15以下とする。
【００２４】
ここで、平均ｒ値、Δｒ値は、鋼板の圧延方向、圧延方向に対して45°の方向、圧延方向に対して90°の各方向からＪＩＳ５号試験片を採取し、この試験片に５〜１５％の単軸引張予歪を与えた時の幅方向ひずみおよび板厚ひずみの比から各方向のランクフォード値を測定し、次式によって求めた。
ｒ＝（ｒL ＋２ｒD ＋ｒT ）／４
Δｒ＝（ｒL −２ｒD + ｒT ）／２
ただし、ｒL 、ｒD およびｒT は、それぞれ圧延方向、圧延方向に対して45°の方向、圧延方向に対して90°の方向のランクフォード値を表す。
なお、鋼板の均一伸びが小さく上記方法で測定できない場合は、ＪＩＳＧ３１３５にある固有振動法によって求めた。
【００２５】
なお、鋼板の平均ｒ値を1.50以上、かつΔｒ値を絶対値で0.30以下に調整する具体的手法としては、上述した成分組成の鋼を用いて熱間圧延仕上げ温度を概ねAr3 ±50℃の範囲に、巻取温度を概ね540 〜680 ℃とし、一次冷延圧下率を85〜90％、二次冷延圧下率を40％未満とすることによって達成される。
【００２６】
また、本発明による効果は、鋼板の厚みが薄くなるに従って顕著になるため、板厚が0.30mm以下、望ましくは0.25mm以下の鋼板を、製缶の素材とすることが  実施に当たり有利である。
【００２７】
上記の鋼板はそのまま、あるいはこの鋼板を原板として表面処理を施してから、製缶工程へ供される。なお、表面処理としては、通常の電気すずめっき、クロムめっきおよびその他のめっき処理、各種の塗装処理が有利に適合する。
【００２８】
なお、鋼板の製造工程における条件は特に限定されないが、以下に示す条件下で製造することができる。
・スラブ再加熱温度：1150〜1300℃
・仕上げ圧延温度：（Ａr3変態点−30℃）〜（Ａr3変態点＋100 ℃）
・巻取り温度：450 〜650 ℃
・冷間圧延圧下率：83％以上
・焼鈍温度：700 〜800 ℃
・焼鈍後の調質圧延圧下率：１％以上（焼鈍ままの状態では降伏点伸びが存在して材質が安定しないため、特殊な用途以外は１％以上の調質圧延が必要）
【００２９】
かくして得られた鋼板は、円板に打ち抜き加工後に、次に示す各条件下で製缶されることになる。
すなわち、ファーストカップの成形工程では、その絞り比を1.80以上、より好ましくは1.85以上とすることが肝要である。従来、この工程での条件は、加工性の低いアルミニウム材を基準に設定していたこともあって、1.40〜1.50程度の低い絞り比で行われていた。しかし、本発明ではｒ値が高く延性も良好な鋼板が絞り加工の対象となるため、高い絞り比での成形が可能である。例えば、同一のブランク径を採用する場合でもパンチ径をより小さくして、絞り比を大きくすることによって、ボトム部の歪みを大きくして缶体、中でもボトム部の耐圧強度を高めるのである。このような手法の適用は、素材である鋼板に高いｒ値と良好な延性を付与して初めて実現するものである。
【００３０】
また、ボトム部の減厚率を10％以上とすることによって、加工硬化を期待できるため、ボトム部の耐圧強度をさらに上昇することができる。同時に、ボトム部の減厚率を高くすることは、実質的な缶体の薄肉化につながり、缶の軽量化にも有効である。以上の効果は、ボトム部の減厚率を15％以上とすることによって、さらなる拡大を期待できる。
ここで、ボトム部の減厚率を高める具体的手法としては、しわ抑えの強化とパンチの肩部半径の増加が有効である。
【００３１】
かくして得られたファーストカップは、引き続き再絞り加工およびしごき加工に供する。この再絞り加工における絞り比を高めることによって、上記と同様の効果が得られるが、この再絞り加工では、しわ抑え力の制御が困難であり、現行の装置においては適用が困難である。しかし、しわ抑え力の制御が可能であれば、ボトム部の耐圧強度を増加することは可能である。
【００３２】
従って、再絞り加工およびしごき加工は、通常の条件、例えば、140 mmφにブランク→77mmφパンチでファーストカップ成形→68mmφパンチでリドロー加工→３段のしごき加工で行えばよい。
【００３３】
【実施例】
・実施例１
表１に示す成分組成の鋼を転炉にて溶製した後、得られたスラブを1250℃に再加熱して860 〜950 ℃の温度範囲で熱間仕上げ圧延を終了した。なお、仕上げ圧延温度は、各々の鋼組成に応じて、（Ａr3変態点−20℃）〜（Ａr3変態点＋50℃）の範囲に収まるように制御した。次に、巻取り温度：640 ℃で巻取ってから酸洗を施し、その後圧下率：90％の冷間圧延を施して0.22mmの冷延板とした。
【００３４】
さらに、各冷延板に連続焼鈍炉にて760 ℃，30ｓの焼鈍を施したのち、30℃／sec の冷却速度で340 ℃まで急速冷却し、２〜６％の軽圧下を施した。
その後、ハロゲンタイプの電気錫めっきラインにて♯25錫めっき処理を連続的に施して、ぶりき板とした。得られたぶりき板の引張特性について調査した結果を表２に示す。なお、引張特性はＪＩＳ５号試験片を用いた試験にて評価した。
【００３５】
次に、各ぶりき板にて350 ml缶を製造した。すなわち、ファーストカップの成形は絞り比：1.95〜2.05で、具体的には、ブランク径を138 〜143 mmおよびパンチ径を71〜86mmの範囲で変化して絞り加工を行った。また、カップのボトム部の減厚率が13〜18％となるように、しわ抑え力を調整した。その後、パンチ径：68mmで再絞り加工および３段のしごき加工を連続して行った。
【００３６】
かくして得られた缶のボトム部耐圧強度に関する調査結果を、再絞り加工におけるノンイヤリング性およびネックイン成形性についての調査結果とともに、表２に併記する。
【００３７】
ここで、ボトム部耐圧強度は、缶内に静水圧を負荷し、ボトムが座屈する限界圧力にて評価した。
また、ノンイヤリング性は、ファーストカッピングを行い、カップ底からの山部の高さと谷部の高さの各平均値から差を求めてその大小で比較し、現行の材料との比較により劣っているものをＮＧ、同等もしくは優れているものをＯＫとして評価した。
さらに、ネックイン成形性は、４段ネックで211 mm径から206 mm径までネックイン加工を行い、そのときの成形荷重の大小を比較することによって評価し、現行材料より成形荷重の高いものをＮＧ、同等もしくは低いものをＯＫとした。
【００３８】
【表１】
0003718865.tif 000002
【００３９】
【表２】
0003718865.tif 000003
【００４０】
表２に示した結果から、本発明法に従って製缶を行えば、他の特性を犠牲にすることなしに、十分に高いボトム部耐圧強度が得られたことがわかる。また、得られた缶を観察したところ、本発明に従って得られた缶は、その表面性状および耐食性は良好であり、さらに途中工程の冷間圧延性も良好であることを確認した。
【００４１】
・実施例２
表３に示す成分組成の鋼を転炉にて溶製した後、表４に示す製造条件にて薄鋼板および錫めっき鋼板を製造し、その後実施例１と同様の手順で諸特性を評価した結果について表５に示す。なお、表４に示す条件で製造された鋼板の平均ｒ値は1.85およびΔｒ値は絶対値で0.05であった。
【００４２】
【表３】
0003718865.tif 000004
【００４３】
【表４】
0003718865.tif 000005
【００４４】
【表５】
0003718865.tif 000006
【００４５】
表５に示した結果から、本発明に従って製缶することによって、他の特性を犠牲にすることなしに、十分に高いボトム部耐圧強度が得られたことがわかる。また、再絞り加工およびしごき加工の工程を詳細に観察したところ、本発明に従う工程では、成形時のパンチからの抜け性、いわゆるストリッピング性も改善されていた。この点を詳細に実験した結果、抜け性不良の発生率は従来法対比で１／３に減少したことも判明した。
【００４６】
【発明の効果】
本発明法によれば、極低炭素鋼板の良好な成形性を生かしたＤＩ缶成形が可能となり、かつ、十分に高いボトム耐圧強度が達成できる。しかも本発明法によれば、ノンイヤリング性、ネックイン成形性およびストリッピング性などの他の製缶特性も優れている。
このため、自動車用に製造された特定の極低炭素鋼を素材とし、製造条件を最適化することにより、ＤＩ缶を製造できるので、製鋼工程での鋼種数を減少でき、製造原価が低減できる。