(57)【要約】【課題】加工性と耐肌荒れ性に優れた缶用鋼板およびその製造方法を提供する。【解決手段】成分組成として、質量％で、Ｃ：０．０１０〜０．０５０％、Ｓｉ：０．０３％以下、Ｍｎ：０．３０％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０４％以下、Ｎ：０．００４％以下、Ｂ：０．００１０〜０．００２５％、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、フェライト平均結晶粒径が１０．０μm以下である缶用鋼板とする。本発明の缶用鋼板は、粒径が８０ｎｍ以上であるＢＮ析出物と、粒径が５０ｎｍ以下であるＡｌＮ析出物とを含み、ＢＮ析出物の含有量が、ＡｌＮ析出物の含有量以上であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成分組成として、質量％で、Ｃ：０．０１０〜０．０５０％、Ｓｉ：０．０３％以下、Ｍｎ：０．３０％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０４％以下、Ｎ：０．００４％以下、Ｂ：０．００１０〜０．００２５％、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、フェライト平均結晶粒径が１０．０μｍ以下、降伏強度が２８０ＭＰａ以下、粒径が８０ｎｍ以上であるＢＮ析出物と、粒径が５０ｎｍ以下であるＡｌＮ析出物とを含み、前記ＢＮ析出物の含有量が、前記ＡｌＮ析出物の含有量以上であることを特徴とする加工性と耐肌荒れ性に優れた缶用鋼板。
【請求項２】
表面にめっき皮膜を有することを特徴とする請求項１に記載の加工性と耐肌荒れ性に優れた缶用鋼板。
【請求項３】
請求項１に記載の加工性と耐肌荒れ性に優れた缶用鋼板の製造方法であって、
質量％で、Ｃ：０．０１０〜０．０５０％、Ｓｉ：０．０３％以下、Ｍｎ：０．３０％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０４％以下、Ｎ：０．００４％以下、Ｂ：０．００１０〜０．００２５％、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有する連続鋳造鋼片を１１００℃以上に加熱し、８５０℃以上の温度で仕上げ圧延を行い、５４０〜５９０℃の温度で巻き取り、圧下率７０〜９０％で冷間圧延し、５５０℃〜再結晶開始温度の通過時間が５秒以内となる条件で昇温して６５０℃〜７５０℃の温度で連続焼鈍を施し、伸張率１．０〜２．０％で調質圧延を行なうことを特徴とする加工性と耐肌荒れ性に優れた缶用鋼板の製造方法。
【請求項４】
前記調質圧延後に、表面にめっきを施すことを特徴とする請求項３に記載の加工性と耐肌荒れ性に優れた缶用鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は缶用材料に関し、加工性と耐肌荒れ性に優れた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】
乾電池製造等の際に使用される、深絞り缶、ＤＲＤ（Ｄｒａｗｎ  ａｎｄ  Ｒｅｄｒａｗｎ）缶、ＤＩ（Ｄｒａｗｎ  ａｎｄ  Ｉｒｏｎｅｄ）缶などの２ピース缶の製造に用いられる冷延鋼板には、次のような特性が要求されている。
【０００３】
（１）プレス加工性に優れ、加工時に割れ等の欠陥が発生しないこと。
【０００４】
（２）異方性が小さくイヤリング性に優れ、深絞り加工後の耳発生が小さいこと。
【０００５】
（３）プレス加工後の鋼板表面の肌荒れが小さく、仕上がり外観が良好なこと。
【０００６】
このうち、（２）に関して、例えば特許文献１や特許文献２には、極低炭素鋼にＮｂを添加して、深絞り性とイヤリング性に優れた鋼板を得る技術が開示されている。
【０００７】
また、（３）に関しては、結晶粒径を小さくすることで、加工後の鋼板表面の耐肌荒れ性を改善できることが知られている。例えば、特許文献３には、細粒な低炭素鋼を用いて、成型後の表面粗さが小さい鋼板を提供する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−３１５３４６号公報
【特許文献２】特開２００９−１５５６９２号公報
【特許文献３】特開平１０−３０１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載の技術には、結晶粒が粗大であり、プレス加工後に肌荒れが発生するという問題や、高価なＮｂを用いることで鋼板コストを増大するといった問題がある。特許文献３の技術では、得られる細粒な低炭素鋼の降伏強度が高くなり、缶成型時の割れや金型寿命の低下等の加工性が問題となる。
【００１０】
本発明は上記のような従来技術の課題を解決し、加工性と耐肌荒れ性に優れた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】
【００１１】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、以下の点を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
第一に、低炭素鋼にＢを添加して、ＡｌＮの代わりにＢＮを析出させることで、製造された鋼板は同じフェライト平均結晶粒径のＢ無添加鋼と比べて軟質となり、優れた加工性を有する。
【００１３】
第二に、低炭素鋼中のＣ量とＢ量、熱延条件、冷圧率（冷間圧延時の圧下率）、焼鈍条件を選択し組み合わせることによって、フェライト結晶粒径が小さくなり、加工後の耐肌荒れ性に優れる。
【００１４】
以上の知見に基づけば、耐肌荒れ性に優れ、かつ軟質で加工性に優れた缶用鋼板を得ることが可能となる。より具体的には、本発明は以下のものを提供する。
【００１５】
（１）成分組成として、質量％で、Ｃ：０．０１０〜０．０５０％、Ｓｉ：０．０３％以下、Ｍｎ：０．３０％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０４％以下、Ｎ：０．００４％以下、Ｂ：０．００１０〜０．００２５％、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、フェライト平均結晶粒径が１０．０μｍ以下、降伏強度が２８０ＭＰａ以下、粒径が８０ｎｍ以上であるＢＮ析出物と、粒径が５０ｎｍ以下であるＡｌＮ析出物とを含み、前記ＢＮ析出物の含有量が、前記ＡｌＮ析出物の含有量以上であることを特徴とする加工性と耐肌荒れ性に優れた缶用鋼板。
【００１６】
（２）表面にめっき皮膜を有することを特徴とする（１）に記載の加工性と耐肌荒れ性に優れた缶用鋼板。
【００１７】
（３）（１）に記載の加工性と耐肌荒れ性に優れた缶用鋼板の製造方法であって、質量％で、Ｃ：０．０１０〜０．０５０％、Ｓｉ：０．０３％以下、Ｍｎ：０．３０％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０４％以下、Ｎ：０．００４％以下、Ｂ：０．００１０〜０．００２５％、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成を有する連続鋳造鋼片を１１００℃以上に加熱し、８５０℃以上の温度で仕上げ圧延を行い、５４０〜５９０℃の温度で巻き取り、圧下率７０〜９０％で冷間圧延し、５５０℃〜再結晶開始温度の通過時間が５秒以内となる条件で昇温して６５０℃〜７５０℃の温度で連続焼鈍を施し、伸張率１．０〜２．０％で調質圧延を行なうことを特徴とする加工性と耐肌荒れ性に優れた缶用鋼板の製造方法。
【００１８】
（４）前記調質圧延後に、表面にめっきを施すことを特徴とする（３）に記載の加工性と耐肌荒れ性に優れた缶用鋼板の製造方法。
【００１９】
本発明の缶用鋼板は、乾電池用、食品缶用等、いずれの種類の缶の製造にも好ましく適用できる。また、缶用鋼板は、冷延鋼板、めっき鋼板等いずれでもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により得られる缶用鋼板によれば、従来より軟質であり、かつ結晶粒径が小さいことから、従来鋼では両立することができなかった加工性と耐肌荒れ性の両立を実現できる。
【００２１】
また、本発明の缶用鋼板は高価なＮｂを使用しないので、低コストで製造可能でありながら、加工性及び耐肌荒れ性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】粒径（フェライト平均結晶粒径）と降伏強度との関係を示す図である。
【図２】Ｂ添加鋼中のＢＮを示す図である。
【図３】Ｂ無添加鋼中のＡｌＮを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００２４】
先ず、本発明を完成するに至った経緯を説明する。発明者らはフェライト結晶粒を粗大化させることなく鋼板を軟質化するためには、鋼板の析出強化の程度を低減させることが有効であると考え、低炭素鋼へのＢ添加による軟質化を検討した。
【００２５】
表１に示す成分の低炭素熱延鋼板を研削により板厚２．０ｍｍに揃え、冷間圧延により板厚０．２５ｍｍの冷延板とした。冷延板に６００〜７５０℃で連続焼鈍を施した。
【００２６】
焼鈍後のサンプルに伸長率１．５％の調質圧延を行った。これらの鋼板について、組織観察写真からＪＩＳ  Ｇ０５５１に基づく切断法によりフェライト平均結晶粒径を測定した。また、調質圧延後の鋼板について、ＪＩＳ１３号Ｂのハーフサイズ試験片を用いた引張試験により降伏強度の測定を行い評価した。これらの結果を図１に示す（縦軸は降伏強度、横軸は（粒径（フェライト平均結晶粒径））−１／２であり、グラフの上側の目盛はフェライト平均結晶粒径を表す）。Ｂ添加鋼は降伏強度が低く、同じフェライト平均結晶粒径で比較してＢ無添加鋼に比べ約２０ＭＰａ軟質化していることが確認された。Ｂ添加鋼がＢ無添加鋼に比べ軟質となったのは、窒化析出物の違いが原因である。Ｂ添加鋼では粗大なＢＮが析出し（図２）、Ｂ無添加鋼では微細なＡｌＮが析出する（図３）。析出物径が大きいほど析出強化の程度は小さくなるため、Ｂ添加鋼は軟質となった。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
続いて本発明の詳細を説明する。成分組成の含有量を表す「％」は「質量％」を意味する。
【００２９】
Ｃ：０．０１０〜０．０５０％
Ｃの含有量が０．０１０％未満になるとフェライト結晶粒の粗大化を招く結果、フェライト平均結晶粒径が大きくなり過ぎる。このため、Ｃの含有量の下限を０．０１０％とする。また、Ｃの含有量が０．０５０％を超えると絞り加工性が低下する。このため、Ｃの含有量の上限を０．０５０％とする。Ｃの含有量の好ましい範囲は０．０１６〜０．０４０％である。
【００３０】
Ｓｉ：０．０３％以下
Ｓｉは意図的な添加を行わない場合にも、不純物成分として鋼中に残留し鋼板の耐食性およびめっきの密着性を劣化させる元素である。良好な耐食性を確保するために、Ｓｉの含有量を０．０３％以下とする。Ｓｉの含有量の好ましい範囲は０．０２％以下である。
【００３１】
Ｍｎ：０．３０％以下
Ｍｎは鋼中のＳをＭｎＳとして析出させることによってスラブの熱間割れを防止する。Ｓを析出固定するためには、Ｍｎの含有量を０．１％以上にすることが好ましい。ただし、Ｍｎは強化元素であり、本発明では軟質な特性を得るためにＭｎ含有量の上限を０．３０％とする。
【００３２】
Ｐ：０．０２％以下
Ｐはフェライト粒界に偏析して粒界を脆化させ、絞り成形時の加工性を低下させる。また、Ｐはめっきの密着性を低下させる元素である。したがって、Ｐの含有量は極力少ない方が好ましく、本発明では０．０２％以下とする。
【００３３】
Ｓ：０．０２％以下
Ｓの含有量は、スラブの熱間割れ防止の観点から極力少ないほうが好ましい。したがって、Ｓの含有量は０．０２％以下とする。
【００３４】
Ａｌ：０．０４％以下
Ａｌが、ｓｏｌ．Ａｌ量として、０．０４％を超えるとＡｌＮの析出が増え、鋼板の硬質化を招く。したがってＡｌの含有量は０．０４％以下とする。好ましいＡｌの含有量は０．０３％以下とする。
【００３５】
Ｎ：０．００４％以下
ＮはＢＮとして析出し無害化される傾向にあるが、あまり多量だと固溶Ｎが多く残存し、無害化できないため、Ｎの含有量は０．００４％以下とする。好ましいＮの含有量は０．００３％以下とする。
【００３６】
Ｂ：０．００１０〜０．００２５％
Ｂは本発明の重要な元素であり、Ｂの含有量は０．００１０〜０．００２５％の範囲とする。Ｂは固溶Ｎと反応しＢＮ析出物（本明細書において「ＢＮ」という場合がある）を形成するが、Ｂの含有量が上記範囲より少ないとＡｌＮ析出物（本明細書において「ＡｌＮ」という場合がある）が析出し鋼板は硬質化する。また、Ｂの含有量が上記範囲を超えると異方性が増大し、成形性が劣化する。好ましいＢの含有量は０．００１２〜０．００２０％とする。
【００３７】
なお、残部はＦｅ及び不可避的不純物である。
【００３８】
続いて、本発明の缶用鋼板の組織及び性質について説明する。
【００３９】
フェライト平均結晶粒径が１０．０μｍ以下
フェライト平均結晶粒径が大きいと缶加工後の表面の肌荒れ性が劣化する傾向にある。具体的には、フェライト平均結晶粒径が１０．０μｍを超えると表面の肌荒れ性が劣化する。このため、フェライト平均結晶粒径は１０．０μｍを超えないものとする。フェライト平均結晶粒径が５．０μｍ未満となると降伏強度が高く加工性に劣る場合があるため、フェライト平均結晶粒径は５．０μｍ以上であることが好ましい。なお、フェライト平均結晶粒径の測定方法はＪＩＳ  Ｇ０５５１に基づく。
【００４０】
板厚が０．６０ｍｍ以下
本発明の缶用鋼板の板厚は特に限定されないが、缶用鋼板としてのコストや缶体重量の観点から、０．６０ｍｍ以下とすることが好ましい。ただし、過度の圧延はコストを上昇させるため、板厚は０．１０ｍｍ以上であることが好ましい。
【００４１】
粒径が８０ｎｍ以上であるＢＮ析出物と、粒径が５０ｎｍ以下であるＡｌＮ析出物の関係が質量％でＢＮ≧ＡｌＮ
析出物粒径は析出強化の程度に影響し、析出物粒径が小さいほど析出強化の程度は大きい。本発明では軟質化を目的に、微細なＡｌＮの析出を抑えつつＮは粗大なＢＮとして析出させる。ＢＮの粒径が８０ｎｍ以上であると析出強化の影響がほとんど無視できる値となり、ＡｌＮの粒径が５０ｎｍ以下であると析出強化の影響が１０ＭＰａを超えることから、粒径が８０ｎｍ以上の粗大なＢＮの析出量と、粒径が５０ｎｍ以下である微細なＡｌＮの析出量との関係が析出強化の程度を実質的に支配する。そして本発明の缶用鋼板中のＢＮの含有量（質量％）とＡｌＮの含有量（質量％）の関係は、ＢＮの含有量≧ＡｌＮの含有量、である。上記関係を満たせば、析出強化の程度をより適度に抑え、缶用鋼板を十分に軟質化することが可能となる。
【００４２】
なお、ＡｌＮおよびＢＮの粒径は、鋼板から得た抽出レプリカを、電子顕微鏡にて観察し、元素分析にて対象の元素が検出される析出物の直径を計測し得られる（ＢＮの径の決め方の例を図２に、ＡｌＮの径の決め方の例を図３に示した。なお、径は外接円の直径である。）。また、ＢＮの含有量、ＡｌＮの含有量は、電解抽出残渣を用いて測定する。
【００４３】
降伏強度が２８０ＭＰａ以下
缶成型時の加工性や金型寿命の観点から、缶用鋼板の降伏強度は２８０ＭＰａ以下である。好ましくは２７０ＭＰａ以下である。
【００４４】
めっき皮膜
耐食性向上の観点から、上記の鋼板にＺｎ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｃｒなどのめっき皮膜を施すことが可能である。めっき皮膜の形成方法は、特に限定されず、溶融めっき、電気めっきなどの常法を採用すればよい。また、鋼板とめっき金属間に拡散層を形成するため、めっき後に拡散焼鈍を施してもかまわない。
【００４５】
続いて、本発明の缶用鋼板の好ましい製造方法について説明するが、本発明の缶用鋼板の製造方法は以下の方法に特に限定されない。
【００４６】
連続鋳造鋼片を１１００℃以上に加熱
上記の成分組成を有する鋼を転炉で溶製後、連続鋳造して得られたスラブ（連続鋳造鋼片）を、粗圧延した後又は直接熱間仕上圧延機に挿入し熱間圧延を行う。スラブ加熱温度はＡｌＮを分解し再固溶させるため１１００℃以上とする。スラブ加熱温度の上限値は特に限定されないが、加熱コストを抑えるため、１３００℃以下であることが好ましい。
【００４７】
８５０℃以上の温度で仕上げ圧延
熱延の仕上げ温度は８５０℃以上とする。熱延仕上げ温度が８５０℃より低くなると、熱延板に集合組織が形成されるとともに、表層結晶粒が粗大化したり加工組織が残存したりする場合があり、深絞り性が劣化する。仕上げ温度の上限値は特に限定されないが、仕上げ温度が高すぎると熱延板の結晶粒径が大きくなりすぎる。このため、上記仕上げ温度は９５０℃以下であることが好ましい。
【００４８】
５４０〜５９０℃の温度で巻き取り
巻取温度はＡｌＮの析出を抑えるため５９０℃以下とする。コイル幅方向および長手方向のばらつきを考慮して下限は５４０℃とする。
【００４９】
圧下率７０〜９０％で冷間圧延
上記で得られた熱延鋼板を酸洗した後、冷間圧延を行う。面内異方性を小さくするために、圧下率は７０〜９０％の範囲とする。
【００５０】
６５０℃〜７５０℃の温度で連続焼鈍
連続焼鈍の焼鈍温度は、未再結晶組織の残存による加工性の低下を抑制するため再結晶温度以上であることが好ましく、６５０℃以上とする。また過度の粒成長による粗粒化に起因した肌荒れを抑制するため、７５０℃以下とする。また、ＡｌＮの析出を抑えるため５５０℃〜再結晶開始温度の通過時間を５秒以内とする。好ましくは３秒以内とする。
【００５１】
伸張率１．０〜２．０％で調質圧延
調質圧延は、伸張率が１．０〜２．０％の範囲であればストレッチャストレインの発生が防止されるため、この範囲で行う。
【実施例】
【００５２】
表２に示す化学成分を有する連続鋳造鋼片を１２００℃に加熱後、仕上げ温度８９０℃、巻取り温度５６０〜６３０℃の熱間圧延にて板厚２．１ｍｍの熱延鋼板とした。この熱延鋼板を酸洗後、冷間圧延し板厚０．２５ｍｍの冷延板とした。圧下率は８８％である。その後昇温速度１０〜３０℃/秒で６００〜７７０℃の温度にて連続焼鈍し、伸張率１．５％の調質圧延を施すことにより鋼板を得た。焼鈍温度等の条件について表３に示した。なお、昇温時間は５５０℃〜再結晶開始温度までの時間を示す。再結晶開始温度とは、焼鈍時に圧延組織の一部でも再結晶を開始する温度を示す。再結晶開始温度は、各成分の冷延板について、事前に５５０℃〜７００℃で１０秒の均熱処理後、室温まで冷却したサンプルを作成し、該サンプルの断面ミクロ組織を確認することで決定した。
【００５３】
【表２】
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【００５４】
この鋼板からＪＩＳ５号引張試験片および光学顕微鏡観察サンプルを採取し、引張試験により降伏強度を測定し、ＪＩＳ  Ｇ０５５１に基づく切断法によりフェライト平均結晶粒径を測定した。降伏強度、フェライト平均結晶粒径の結果を、表３に示した。
【００５５】
また、この鋼板から１００ｍｍ径の円形ブランクを採取して、これを５工程の多段絞り成型で１４ｍｍ径の円筒状に成型した後、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に基づき缶胴部の表面粗さＲａを測定し、成型加工性と肌荒れ性の評価を行った。成型加工性の評価として２００個の上記絞り成型を行い、割れや疵など不良の発生しなかったものを「○」、発生したものを「×」とした。肌荒れ性の評価は、缶胴部の表面粗さＲａが０．５μｍ未満を「◎」、０．５μｍ以上０．７μｍ未満を「○」、０．７μｍ以上を「×」とした。これらの評価結果を表３に示した（表中の加工性評価、肌荒れ評価）。
【００５６】
また、鋼板の抽出残渣分析およびＴＥＭ観察により、粒径８０ｎｍ以上のＢＮ析出物の含有量と、粒径５０ｎｍ以下のＡｌＮ析出物の含有量とを質量％でそれぞれ算出し、含有量の関係がＢＮ≧ＡｌＮであれば「○」、ＢＮ＜ＡｌＮであれば「×」とした。以上の結果を表３に示した（表中の析出物評価）。
【００５７】
析出物の重量は１０％ＡＡ系電解液（アセチルアセトンテトラメチルアンモニウムクロライドのエタノール溶液）でサンプルを溶解し、残渣からＩＣＰ発光分光分析法により求めた。
【００５８】
ＴＥＭ観察は抽出レプリカ法を用いて加速電圧２００ｋＶで行った。
【００５９】
【表３】
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【００６０】
発明鋼である発明例１〜７は加工性、肌荒れ性ともに缶用鋼板として優れた結果となった。
【００６１】
比較例１は鋼片１を使用したが、焼鈍温度が高すぎること等が原因で結晶粒が粗大化したため、フェライト平均結晶粒径が１０．０μｍを超え、肌荒れ評価が不良となった例である。
【００６２】
比較例２は鋼片１を使用したが、焼鈍温度が低すぎ未再結晶となり、フェライト再結晶粒がほとんど生じなかったため、降伏強度、結晶粒径、加工性および肌荒れが評価できなかった例である。
【００６３】
比較例３は鋼片１を使用したが、昇温時間が長くＡｌＮの析出が抑制できなかったため、軟質化が不十分となった例である。
【００６４】
比較例４は鋼片２を使用したが、巻取り温度が高くＡｌＮの析出が抑制できなかったため、軟質化が不十分となった例である。
【００６５】
比較例５で使用した鋼片４はＢを含まないので、ＡｌＮの析出を抑制できず、硬質になり、加工性が劣位であった例である。
【００６６】
比較例６は鋼片５を使用したもので、Ｂが下限未満でありＡｌＮの析出を抑制できなかったため、軟質化が不十分となった例である。
【００６７】
比較例７は鋼片６を使用したもので、Ｂが上限を超えて添加されているため異方性が高く、成型時に耳が発生し、加工不良となった例である（比較例７はイヤリング性が悪い）。
【００６８】
比較例８は鋼片７を使用したもので、Ｃ量が上限を超えており、加工性に劣った例である。
【００６９】
比較例９は鋼片８の極低炭素鋼を使用したもので、フェライト結晶粒が粗大であり、フェライト平均結晶粒径が１０．０μｍを超えるため、肌荒れ評価が不良となった例である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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