(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０４０％超０．０８０％以下、Ｓｉ：０．００３％以上０．１００％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：０．０１５０％超え０．０２００％以下、Ｂ：０．０００２％以上０．００５０％以下を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、
さらに、ＡｌＮとして存在するＮの含有量が０．００６０％以下であり、
圧延方向断面において、平均結晶粒径が５．００μｍ以上、結晶粒の展伸度が２．０７以下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】
請求項１に記載の高強度高加工性缶用鋼板の製造方法であって、
質量％で、Ｃ：０．０４０％超０．０８０％以下、Ｓｉ：０．００３％以上０．１００％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：０．０１５０％超え０．０２００％以下、Ｂ：０．０００２％以上０．００５０％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、スラブ再加熱温度を１２００℃以上として熱間圧延を行った後に７００℃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。
【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−Ｒｅｄｕｃｅｄ）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施すＤＲ材は、圧延率の小さい調質圧延のみを施すＳＲ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｒｅｄｕｃｅｄ）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材を製造する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。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伸びが要求される。
【０００５】
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５５０ＭＰａ以上の引張強度が必要とされる。
【０００６】
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、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材を用いることが望まれており、ＤＲ材の適用を拡大する要求が高まっている。
【０００７】
これらを受けて、特許文献１には、低炭素鋼に対して一次冷間圧延率８５％以下にてＤＲ法を適用することで、r値が高く、フランジ加工性に優れた鋼板を製造する方法が開示されている。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】
【０００８】
【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】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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】
【００１３】
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。
【００１４】
加工性と強度を両立するためには、適切な量のＮ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加工性（伸び）を確保することが有効である。また、スラブ再加熱温度が低いと、鋳造後に析出したＡｌＮの再溶解が十分に行われず、熱間圧延後の巻き取り温度が高いと、析出するＡｌＮが過多となる。いずれの場合も強度を担う固溶Ｎ量が不足するため、スラブ再加熱温度や巻き取り温度も適切な温度範囲に制限する必要がある。
【００１５】
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０．０８０％以下、Ｓｉ：０．００３％以上０．１００％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：０．０１５０％超え０．０２００％以下、Ｂ：０．０００２％以上０．００５０％以下を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、
さらに、ＡｌＮとして存在するＮの含有量が０．００６０％以下であり、
圧延方向断面において、平均結晶粒径が５．００μｍ以上、結晶粒の展伸度が３．００以下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：０．００１％以上０．０８０％以下、Ｓｉ：０．００３％以上０．１００％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：０．０１５０％超え０．０２００％以下、Ｂ：０．０００２％以上０．００５０％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、スラブ再加熱温度を１２００℃以上として熱間圧延を行った後に７００℃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。また、本発明の高強度高加工性缶用鋼板において、高強度とは引張強度が５５０ＭＰａ以上、高加工性とは破断伸びが７％以上をいう。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、引張強度が５５０ＭＰａ以上でかつ破断伸びが７％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）の加工性が向上するため、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材による製缶がコスト増せずに可能となり、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】
【００１７】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１８】
本発明の缶用鋼板は、引張強度が５５０ＭＰａ以上でかつ破断伸びが７％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、０．０１５０％超え０．０２００％以下のＮを含有する鋼を用いて、スラブ再加熱温度、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。
【００１９】
本発明の缶用鋼板の成分組成について説明する。
【００２０】
Ｃ：０．００１％以上０．０８０％以下
本発明において、Ｃ量が０．０８０％を超えると、加工性が悪化する。また、冷間圧延性も低下する。このため、Ｃ量は０．０８０％以下とする。一方、Ｃ量が０．００１％未満であると、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５５０ＭＰａが得られない。したがって、Ｃ量は０．００１％以上０．０８０％以下とする。
【００２１】
Ｓｉ：０．００３％以上０．１００％以下
本発明において、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。
【００２２】
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下限は０．１０％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。
【００２３】
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コストが過大となる。よって、下限は０．００１％とする。
【００２４】
Ｓ：０．００１％以上０．０２０％以下
Ｓは、鋼中で介在物として存在し、加工性の低下、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コストが過大となる。よって、下限は０．００１％とする。
【００２５】
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できる。したがって、下限は０．００５％とする。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、上限は０．１００％とする。
【００２６】
Ｎ：０．０１５０％超え０．０２００％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加工性（伸び）を確保するとともに、Ｎ量を高めに設定することにより、高強度を付与する。Ｎ量が０．０１５０％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５５０ＭＰａが得られない。したがって、Ｎ量の下限は０．０１５０％超えとする。一方、Ｎ量が０．０２００％を超えると、ＡｌＮとして存在するＮ量が過大となり、後述のように延性不足の要因となる。したがって、Ｎ量の上限は０．０２００％とする。好ましくは、０．０１５５〜０．０１８０％である。
【００２７】
Ｂ：０．０００２％以上０．００５０％以下
Ｂは溶接部近傍の熱影響部における粒成長を抑制し、局所的な強度低下によるフランジ加工時の割れを防ぐ効果がある。薄肉化した鋼板において、このような割れを防止する効果を十分に得るためには、Ｂ量は０．０００２％以上必要である。したがって、Ｂ量の下限は０．０００２％とする。一方、０．００５０％を超えても更なる効果は望めず、コスト高となる。したがって、Ｂ量の上限は０．００５０％とする。
【００２８】
ＡｌＮとして存在するＮの含有量が０．００６０％以下
ＡｌＮとして存在するＮの含有量が０．００６０％を超えると、後述のように結晶粒の展伸度が過大となり、延性が不足する。したがって、ＡｌＮとして存在するＮの含有量は０．００６０％以下とする。好ましくは、０．００４０％以下である。
【００２９】
なお、ＡｌＮとして存在するＮの含有量は、例えば、１０％のＢｒ−メタノール溶液を用いてＡｌＮの溶解抽出を行い、吸光光度法によりＡｌＮとして存在するＮの定量分析を行うことで確認できる。
【００３０】
また、ＡｌＮとして存在するＮの含有量を０．００６０％以下とするには、スラブ再加熱温度を１２００℃以上として熱間圧延を行い、熱間圧延後の巻き取り温度を７００℃未満に設定する。
【００３１】
残部はＦｅおよび不可避的不純物とするが、公知の溶接缶用鋼板中に一般的に含有される成分を含有しても良い。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％以下の成分元素を、目的に応じて含有させることができる。
【００３２】
次に、本発明の缶用鋼板の結晶粒について説明する。
【００３３】
圧延方向断面における平均結晶粒径は５．００μｍ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５．００μｍ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。
【００３４】
また、圧延方向断面における結晶粒の展伸度は３．００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３．００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の増加とともに展伸度は増加する。
【００３５】
本発明において、二次冷間圧延率を２０％以下とした時に、展伸度を３．００以下に抑えるためには、ＡｌＮとして存在するＮの含有量が０．００６０％以下であることが必要である。すなわち、ＡｌＮは粒界移動に対するピン止め粒子として働く。このため、Ｎの含有量にして０．００６０％超えのＡｌＮが存在すると、一次冷間圧延によって扁平した結晶粒の形状が焼鈍後も残存し、展伸度が大きくなる。ＡｌＮは連続焼鈍工程においてはほとんど析出が起こらないため、熱間圧延後の巻取り時に析出する量がほぼ最終製品まで持ち来されると考えられる。
【００３６】
圧延方向断面における平均結晶粒径および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。なお、セメンタイト・パーライトはフェライト粒に比べて硬質であり、変形は主としてフェライト粒が担うため、結晶粒径および展伸度の測定はフェライト結晶粒のみを対象として行う。
【００３７】
次に、本発明の缶用鋼板の製造方法について説明する。
【００３８】
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、スラブ再加熱温度を１２００℃以上として熱間圧延を行った後に、７００℃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により製造される。
【００３９】
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となり、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。しかしながら、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、その結果、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に、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。
【００４０】
スラブ再加熱温度：１２００℃以上
スラブ再加熱温度が１２００℃未満であると、鋳造後に析出したＡｌＮの再溶解が十分に行われず、ＡｌＮが過剰に残存する。よって、スラブ再加熱温度は１２００℃以上とする。好ましくは、１２００℃以上１３００℃以下である。
【００４１】
熱間圧延後の巻き取り温度：７００℃未満
熱間圧延後の巻き取り温度が７００℃以上であると、ＡｌＮが過剰に析出し、強度を担う固溶Ｎ量が不足となる。よって、熱間圧延後の巻き取り温度は７００℃未満とする。好ましくは、６００℃以上６８０℃以下である。
【００４２】
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い。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。すなわち、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。好ましくは、９０％以上９２％以下である。
【００４３】
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℃以上７５０℃以下とすることが好ましい。
【００４４】
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２０％以下である。
なお、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】
【００４５】
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表２に示す条件で再加熱した後熱間圧延し、表２に示す条件で巻き取り、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、熱間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秒の連続焼鈍を行い、次いで、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／ｍｍ２のぶりきを得た。
【００４６】
【表１】
0005849666.tif 000002
【００４７】
【表２】
0005849666.tif 000003
【００４８】
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、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。
【００４９】
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。
【００５０】
また、１０％のＢｒ−メタノール溶液を用いてＡｌＮの溶解抽出を行い、吸光光度法によりＡｌＮとして存在するＮの定量分析を行った。
【００５１】
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。
得られた結果を表３に示す。
【００５２】
【表３】
0005849666.tif 000004
【００５３】
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５５０ＭＰａ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。
【００５４】
一方、比較例のＮｏ．８は、Ｃ含有量が多すぎるため、破断伸びが乏しく、フランジ加工部で割れを生じている。比較例のＮｏ．９はＢを含有していないため、溶接部近傍の熱影響部が極端に軟質化し、フランジ加工で割れが発生している。比較例のＮｏ．１０は、スラブ再加熱温度が低すぎるため、比較例のＮｏ．１１は巻き取り温度が高すぎるため、いずれもＡｌＮとして存在するＮの含有量が多すぎ、展伸度が大きくなり、破断伸びが不足している。比較例のＮｏ．１２は、Ｎ含有量が少なすぎるため、比較例のＮｏ．１３は、Ｃ含有量が少なすぎるため、それぞれ引張強度が不足している。比較例のＮｏ．１４は、Ｎの含有量が多すぎるため、ＡｌＮとして存在するＮの含有量が過大となり、展伸度が大きくなり、破断伸びが不足している。比較例のＮｏ．１５は、一次冷間圧延率が小さすぎるため、板厚を小さくすることができず、極薄の鋼板を製造できていない。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の缶用鋼板は、５５０ＭＰａ以上の引張強度、７％以上の破断伸びを有する。そのため、缶蓋、缶底、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る。