(57)【要約】【課題】3ピース飲料缶用鋼板としての実用に適した高加工性3ピース溶接缶用鋼板およびその製造方法を提供する。【解決手段】鋼成分は、質量％で、C：0.0015％超0.0030％以下、Si：0.10％以下、Mn：0.20％以上0.80％以下、P：0.001％以上0.020％以下、S：0.001％以上0.020％以下、Al：0.040％超0.100％以下、N：0.030％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、圧延直角方向の引張強度が400MPa以上であり、かつ、圧延直角方向の破断伸びが15％以上である。仕上げ圧延温度Ar3変態点以上960℃以下、巻き取り温度560℃以上750℃以下で熱間圧延後、圧延率89〜93％の一次冷間圧延および600℃〜790℃での焼鈍処理を施し、次いで、圧延率6.0％超10.0％未満で二次冷間圧延を施すことで得られる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、C：0.0015％超0.0030％以下、Si：0.10％以下、Mn：0.20％以上0.80％以下、P：0.001％以上0.020％以下、S：0.001％以上0.020％以下、Al：0.040％超0.100％以下、N：0.030％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、圧延直角方向の引張強度が400MPa以上であり、かつ、圧延直角方向の破断伸びが15％以上であることを特徴とする高加工性3ピース溶接缶用鋼板。
【請求項２】
質量％で、C：0.0015％超0.0030％以下、Si：0.10％以下、Mn：0.20％以上0.80％以下、P：0.001％以上0.020％以下、S：0.001％以上0.020％以下、Al：0.040％超0.100％以下、N：0.030％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成分を有する鋼を、連続鋳造によりスラブとし、該スラブを仕上げ圧延温度Ar3変態点以上960℃以下、巻き取り温度560℃以上750℃以下で熱間圧延し、次いで、圧延率89％以上93％以下で一次冷間圧延し、600℃以上790℃以下で焼鈍処理を施し、次いで、圧延率6.0％超10.0％未満で二次冷間圧延を施すことを特徴とする高加工性3ピース溶接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、板厚を薄くしても良好な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】
近年、スチール缶の需要を拡大するため、製缶コストの低減策がとられている。製缶コストの低減策の一つとして、素材の低コスト化が挙げられ、絞り加工を行う2ピース缶はもとより、円筒成形が主体の3ピース缶であっても、使用する鋼板の薄肉化が進められている。
【０００３】
溶接により缶胴を円筒成形し、底や蓋を巻き締めにより缶胴に接合する3ピース缶については、一回の冷間圧延と引き続く焼鈍、調質圧延により製造されるSR（Single Reduce）材が用いられており、コーヒーなどの飲料缶では0.175mm程度の厚さの鋼板が用いられている。
【０００４】
また、鋼板を薄くする手段としては、焼鈍の後に再度冷間圧延を行うDR（Double Reduce）材を用いる方法があり、SR材に比べ板厚を小さくすることが容易である。このDR材は、缶用鋼板としては主に絞り缶などに用いられている。
【０００５】
3ピース缶にDR材を用いる場合、鋼板の加工性が問題となる。3ピース缶胴は蓋や底を巻き締めるため、円筒成形した後に両端の径を広げるフランジ加工を施す。円筒成形は長方形の鋼板を丸めて通電溶接する方法が主に用いられているが、DR材を用いた場合はフランジ加工の際に溶接部近傍において鋼板の割れを生じることがある。特に、最近は、3ピース飲料缶の製造方法として、鋼板の圧延方向に沿って缶胴の溶接を行う方法が主流である。そのため、フランジ加工において伸び変形を生じるのは主に鋼板の圧延直角方向であり、この方向の加工性が重要となっている。
【０００６】
また、コーヒーなど一部の缶飲料は内容物を充填した後にレトルト殺菌工程を経る。このレトルト殺菌工程では、缶が100℃を超える水蒸気の圧力下にさらされるため、その外圧に耐えうる缶体強度が必要となる。この場合、缶体強度を左右するのは缶胴周方向の鋼板強度であり、鋼板の圧延方向に沿って缶胴が溶接される場合は圧延直角方向の鋼板強度が重要となる。
【０００７】
以上を受けて、特許文献1には、極低炭素鋼にC量と板厚に応じた量のBを添加することにより、溶接部の加工性を向上させる方法が開示されている。
【０００８】
特許文献2には、極低炭素鋼中のBとNの重量比を適切に制御することにより、調質度T3相当の溶接性に優れた鋼板を製造する方法が開示されている。
【０００９】
特許文献3には、B添加極低炭素鋼中の窒化物、硫化物の形態、種類、量を適切な範囲に制御することにより、高加工性を有する鋼板を製造する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】特許第3379375号公報
【特許文献２】特開2001-247917号公報
【特許文献３】特開2003-231948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、いずれも以下の問題点を抱えている。
【００１２】
特許文献１に記載の鋼板は二次圧延率が大きいために圧延直角方向の延性が不足しており、鋼板の圧延直角方向に沿って溶接を行う場合には問題なくとも、圧延方向に沿って缶胴の溶接を行った場合、フランジ加工時に割れを生じる可能性が大きく、3ピース飲料缶用鋼板としては適さない。
【００１３】
特許文献2に記載の鋼板の製造方法は、製造される鋼板が調質度T3程度の硬度であるため、3ピース飲料缶用鋼板の薄肉化に適用するには、鋼板強度が不足である。また、規定されている圧延率3.5〜6％の二次圧延は、通常1〜2％の圧延率である調質圧延設備で製造するには圧延率が大きすぎて設備の負荷が過大となり、潤滑剤を多量に使用する二次圧延設備で製造するには圧延率が小さすぎてチャタリングなどの圧延不良が発生する可能性が高い。
【００１４】
特許文献3に記載の製造方法による鋼板はSを多く含むため、高温延性に乏しく、連続鋳造によって鋼スラブを作製する際に割れを生じるおそれがある。
【００１５】
本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、3ピース飲料缶用鋼板としての実用に適した400Mpa以上の圧延直角方向引張強度および優れたフランジ加工性を有する高加工性3ピース溶接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】
【００１６】
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。
【００１７】
DR材は焼鈍後に再度冷間圧延を施すため、SR材に比べて硬くなる。そのため、鋼板が良好な加工性を備えるためには十分な破断伸びを有すること、すなわち軟質な素材であることが必要である。この点で炭素鋼はC量が少ないほど軟らかくなるので、本発明においては、極低炭素鋼を用いることとする。
【００１８】
また、DR材は二次冷間圧延による歪が加えられており、溶接時に与えられる熱により溶接部近傍の領域で再結晶が生じる。再結晶した領域は他の部分に比べ軟らかくなるので、フランジ加工の際に変形が集中し、割れを生じることとなる。これを防ぐためには、鋼板に焼入れ性を付与する必要がある。Bを適正量添加することにより、溶接時の焼入れ性が高まり、溶接部近傍の軟化を防ぐことが可能である。しかし、二次冷間圧延率が小さくなると、焼入れ効果によって溶接部の強度が周囲の母材より大きくなるため、フランジ加工時に溶接部近傍の母材に変形が集中し、割れを生じる。このため、二次冷間圧延の圧下率を適正な範囲に制限する必要がある。
【００１９】
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：0.0015％超0.0030％以下、Si：0.10％以下、Mn：0.20％以上0.80％以下、P：0.001％以上0.020％以下、S：0.001％以上0.020％以下、Al：0.040％超0.100％以下、N：0.030％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、圧延直角方向の引張強度が400MPa以上であり、かつ、圧延直角方向の破断伸びが15％以上であることを特徴とする高加工性3ピース溶接缶用鋼板。
［２］質量％で、C：0.0015％超0.0030％以下、Si：0.10％以下、Mn：0.20％以上0.80％以下、P：0.001％以上0.020％以下、S：0.001％以上0.020％以下、Al：0.040％超0.100％以下、N：0.030％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成分を有する鋼を、連続鋳造によりスラブとし、該スラブを仕上げ圧延温度Ar3変態点以上960℃以下、巻き取り温度560℃以上750℃以下で熱間圧延し、次いで、圧延率89％以上93％以下で一次冷間圧延し、600℃以上790℃以下で焼鈍処理を施し、次いで、圧延率6.0％超10.0％未満で二次冷間圧延を施すことを特徴とする高加工性3ピース溶接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】
【００２０】
本発明によれば、400Mpa以上の圧延直角方向引張強度および優れたフランジ加工性を有する高加工性3ピース溶接缶用鋼板が得られる。
【００２１】
詳細には、本発明は、極低炭素鋼にBを添加し二次冷間圧延率を適正な値に設定することにより、加工性に優れた3ピース溶接缶用鋼板を二次冷間圧延法により薄い板厚にて確実に製造することができる。
【００２２】
その結果、原板（鋼板）の加工性向上により、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、3ピース缶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】
【００２３】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２４】
本発明の高加工性3ピース溶接缶用鋼板は、圧延直角方向の引張強度が400MPa以上であり、かつ、圧延直角方向の破断伸びが15％以上であることを特徴とする。そして、本発明の高加工性3ピース溶接缶用鋼板は、極低炭鋼にBを添加して軟質のまま焼入れ性を付与し、かつ二次冷間圧延率を適正な条件に設定することで、溶接部のフランジ加工性を確保しつつ二次冷間圧延法により極薄鋼板として製造される。
【００２５】
本発明の高加工性3ピース溶接缶用鋼板の成分組成について説明する。
【００２６】
C: 0.0015％超0.0030％以下
本発明においては、二次冷間圧延後の加工性を確保するため、素材を軟質な鋼とする必要がある。一般にC量が多くなるほど鋼は硬くなるので、C含有量の上限は0.0030％とする。C量が0.0030％を超えると、鋼板の加工性が損なわれ、フランジ加工等の製缶加工が困難になる。一方、C量を0. 0015％以下とするには精錬工程において脱炭コストが大きくなり、好ましくないので、C含有量の下限は0.0015％超とする。
【００２７】
Si: 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、0.10％以下とする。
【００２８】
Mn: 0.20％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0.20％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、また鋼板が硬質化して、フランジ加工性、ネック加工性を劣化させるので、上限は0.80％とする。
【００２９】
P：0.001％以上0.020％以下
Pは、鋼を硬質化させ、フランジ加工性やネック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ため、その上限を0.020％とする。また、P量を0.001％未満とするには脱リンコストが過大となる。よって、P量の下限は0.001％とする。
【００３０】
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。また、S量が過大であると高温延性が乏しくなるため、連続鋳造におけるスラブ割れにつながる。S量が0.020％を超えるとこれらの悪影響が顕在化するため、S量は0.020％以下に制限する。一方、Sを0.001％未満とするには脱硫コストが過大であり、0.001％よりさらにS量を下げても上記の悪影響はほとんど受けない。よって、S量の下限は0.001％とする。
【００３１】
Al: 0.040％超0.100％以下
Alは、製鋼時の脱酸材として必要な元素である。Al量が0.040％以下であると、脱酸が不十分となり、介在物が増加し、フランジ加工性が劣化する。一方、Al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0.040％超0.100％以下とする。
【００３２】
N: 0.030％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、N量の上限は0.030％とする。
【００３３】
B: 0.0002％以上0.0050％以下
Bは溶接部の軟化を防ぐために必須の元素であり、0.0002％未満ではその性能が十分に発揮されない。従って、B量の下限は0.0002％とする。一方、B量が0.0050％を超えても更なる性能向上は望めず、却ってコスト高を招く。よって、B量の上限は0.0050％とする。好ましくは、0.0011％以上0.0020％以下である。
【００３４】
残部はFeおよび不可避不純物とする。
【００３５】
次に、本発明の高加工性3ピース溶接缶用鋼板の製造方法について説明する。
【００３６】
本発明の高加工性3ピース溶接缶用鋼板は、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、一次冷間圧延、焼鈍処理および二次冷間圧延を施し製造される。本発明により製造される鋼板は3ピース飲料缶用鋼板の薄肉化に適用することを想定している。従って、製品板厚は従来用いられてきた鋼板よりも薄くすることが求められ、0.15mm以下程度まで圧延する必要がある。通常は一回の冷間圧延のみでは0.15mm以下の板厚とすることは困難である。すなわち、冷間圧延で薄い板厚を得るためには圧延機への負荷が過大となる。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すこととする。
【００３７】
仕上げ圧延温度Ar3変態点以上960℃以下
熱間圧延の仕上げ圧延温度がAr3変態点未満であると焼鈍後の再結晶粒径が不均一となり、960℃を超えると焼鈍後の再結晶粒径が必要以上に粗大化する。したがって、熱間圧延の仕上げ圧延温度はAr3変態点以上960℃以下とする。より好ましくは890℃以上930℃以下である。
【００３８】
巻き取り温度560℃以上750℃以下
熱間圧延後の巻き取り温度が560℃未満であると焼鈍後の再結晶粒径が細かくなりすぎる。また、750℃を超えると鋼板全体の材質が不均一となり、スケール生成量も過大となるので好ましくない。よって、熱間圧延後の巻き取り温度は560℃以上750℃以下とする。より好ましくは、600℃以上720℃以下である。
【００３９】
圧延率89％以上93％以下で一次冷間圧延
一次冷間圧延率は焼鈍後の粒径に影響し、89％未満であると再結晶粒径は過大となり、93％を超えると過小となる。従って、一次冷間圧延率は89％以上93％以下とする。より好ましくは、90％以上92％以下である。
【００４０】
600℃以上790℃以下で焼鈍処理
焼鈍温度は再結晶率、粒径に影響を及ぼす。すなわち、600℃未満であると未再結晶粒が過多となり、加工性を損なう。790℃を超えると粒径が大きくなり過ぎ、強度の確保が困難となる。よって、焼鈍温度は600℃以上790℃以下とする。より好ましくは、610℃以上700℃以下である。なお、焼鈍後に未再結晶粒が残存していてもよい。
【００４１】
圧延率6.0％超10.0％未満で二次冷間圧延
二次冷間圧延率が6.0％以下であると、二次冷間圧延による加工硬化が不十分であり、必要とする鋼板強度が得られない。また、溶接時の焼き入れ効果により強度が上昇した溶接部と母材との強度差が大きくなり、フランジ加工時に溶接部近傍で割れが生じる。一方、二次冷間圧延率が10.0％以上とすると、二次冷間圧延による加工硬化が過大となり、十分な破断伸びが得られなくなる。また、二次冷間圧延による歪みの蓄積量が大きいため、溶接部近傍で再結晶する結晶粒の割合（再結晶率）が大きくなり、溶接部近傍の強度が低下することによりフランジ加工時に割れやすくなる。以上より、二次冷間圧延率は6.0％超10.0％未満とする。
【００４２】
以降のめっき等の工程は常法通り行い、缶用鋼板として仕上げる。
【００４３】
以上により、本発明の高加工性3ピース溶接缶用鋼板が得られる。そして、本発明の高加工性3ピース溶接缶用鋼板は、圧延直角方向の引張強度が400MPa以上であり、かつ、圧延直角方向の破断伸びが15％以上とする。
圧延直角方向の強度は圧延方向に沿って溶接する3ピース飲料缶胴に適用した場合、レトルト殺菌工程における外圧に耐えるため重要であり、圧延直角方向の引張強度を400MPa以上とすることで、レトルト環境下に晒されても全く窪みや座屈を生じない。
また、圧延直角方向の破断伸びは圧延方向に沿って溶接する3ピース飲料缶胴に適用した場合、フランジ加工に際し割れを生じないために重要であり、圧延直角方向の破断伸びを15％以上とすることで、全く割れを生じることなく、フランジ加工を行うことが可能となる。
【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。次いで、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、連続焼鈍、二次冷間圧延を施して0.14〜0.15mmの板厚とした。熱間圧延の後には酸洗を施している。以上のようにして製造した鋼板に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】
2011042816.tif 000002
【００４６】
【表２】
2011042816.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、JIS  Z2241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。
【００４８】
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。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。
【００４９】
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。
パネリング試験を行い、缶体強度を評価した。上記加工および蓋と底の巻き締めを行って中空缶体を作製し、密閉チャンバー内で空気圧による外圧を加え、缶体の圧壊が生じる圧力を測定した。圧壊圧力が1.7kg/cm2未満の場合を×、1.7kg/cm2以上の場合を○と評価した。この基準は、一般的なレトルト処理時の圧力に耐え得る強度として設定したものである。なお、ネックイン加工の前に、缶胴中央部に15本のビード加工を施した。ビードの間隔は4mm、深さは0.5mmである。
【００５０】
以上により得られた結果を表3に示す。
【００５１】
【表３】
2011042816.tif 000004
【００５２】
表3より、本発明例であるNo.1〜7は強度に優れており、3ピース缶缶胴の数％の薄肉化に必要な400MPa以上の圧延直角方向引張強度を達成している。圧延直角方向の破断伸びも15％以上となっている。また、加工性にも優れており、フランジ加工においても割れが発生していない。製缶後の缶体強度も十分である。
【００５３】
一方、比較例のNo.8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、加工性が劣っている。
また、比較例のNo.9は、Bを含有していないため、溶接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、11は、二次冷間圧延率が大きすぎるため、加工性が不足している。
比較例のNo.12、13は、二次冷間圧延率が小さすぎるため強度が不足している。また、溶接により硬化した溶接部と母材の強度差が大きいため、フランジ加工において割れが生じている。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の3ピース溶接缶用鋼板は高加工性でありフランジ加工性に優れているため、例えば、コーヒーなどの飲料缶等に好適に用いられる。さらに、高加工性缶用鋼板を薄い板厚にて得ることが可能であり、3ピース缶の大幅な薄肉化が達成される。