(57)【特許請求の範囲】
【請求項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：0.0050％以上0.0150％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、圧延方向断面において、結晶粒の展伸度が5.0以上である結晶粒を面積率にして0.01〜1.00％含み、圧延直角方向の引張強度が520MPa以上であり、圧延直角方向の破断伸びが7%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：0.001％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：0.0050％以上0.0150％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650℃未満の温度で巻き取り、次いで、一次冷間圧延を行い、引き続き、均熱温度680〜760℃、均熱時間10〜20秒で連続焼鈍を行い、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、圧延方向断面において、結晶粒の展伸度が5.0以上である結晶粒を面積率にして0.01〜1.00％含み、圧延直角方向の引張強度が520MPa以上であり、圧延直角方向の破断伸びが7%以上であ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、SR材以上の引張強度（約520MPa以上）が必要とされる。
【０００６】
従来用いられてきたDR材では、上記のような加工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、低炭素鋼中の固溶N量を一定量以上とし、全伸び値とランクフォード値を規定することによる、フランジ加工性に優れたDR材が開示されている。
特許文献2には、低炭素鋼中の固溶N量および固溶C量を規定することによる、フランジ加工性に優れたDR材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2007-177315号公報
【特許文献２】特開2002-294399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においては、圧延方向の全伸び値をＸ、平均ランクフォード値をＹで表した場合に、Ｘ≧10％かつＹ≧0.9、または、Ｘ＜10％かつＹ≧−0.05Ｘ＋1.4の関係を満たすDR鋼板が開示されているが、溶接条件によってはやはりHAZ軟化が生じ、フランジ割れが発生する。
【００１１】
特許文献2に記載の製造方法では、連続焼鈍工程において過時効処理が必須であるため、製造コストが過大となる。
【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。
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を確保することが有効である。
また、熱間圧延前の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。
さらに、焼鈍温度と焼鈍時間を適切な範囲に制限することで、強度と加工性の良好なバランスが実現できる。
【００１４】
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：0.0050％以上0.0150％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、圧延方向断面において、結晶粒の展伸度が5.0以上である結晶粒を面積率にして0.01〜1.00％含む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：0.0050％以上0.0150％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650℃未満の温度で巻き取り、次いで、一次冷間圧延を行い、引き続き、均熱温度680〜760℃、均熱時間10〜20秒で連続焼鈍を行い、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】
【００１５】
本発明によれば、引張強度が520MPa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、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】
【００１６】
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520MPa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、0.0050％以上0.0150％以下のNを含有する鋼を用いて、熱間圧延前のスラブ再加熱温度、熱間圧延後の巻き取り温度、焼鈍温度、焼鈍時間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。
【００１７】
本発明の缶用鋼板の成分組成について説明する。
C: 0.001％以上0.080％以下
C量が0.080％を超えると加工性が悪化し、冷間圧延性も低下する。また、鋳造時に亜包晶割れが生じやすくなり、スラブ手入れなどのコスト増の可能性がある。このため、C量は0.080％以下とする。一方、C量が0.001％未満になると結晶粒の粗大化が顕著になり、加工部における肌荒れ不良の生じる危険性が増大する。従って、C量は0.001％以上0.080％以下とする。
【００１８】
Si: 0.003％以上0.100％以下
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
N: 0.0050％以上0.0150％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、N量を高めとすることで高強度に寄与する。N量が0.0050％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520MPaが得られない。したがって、N量は0.0050％以上とする。一方、N量が0.0150％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困難となる。したがって、N量は0.0150％以下とする。
【００２４】
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。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。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量は0.0002％以上0.0050％以下とする。
【００２５】
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元素を含有していても良い。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％以下等の成分元素を目的に応じて含有させることができる。
【００２６】
次に、本発明の高強度高加工性缶用鋼板の結晶粒について説明する。
【００２７】
圧延方向断面において、展伸度が5.0以上である結晶粒を面積率にして0.01〜1.00％含む必要がある。通常、上に示すようなN量の鋼を用いてDR材を作製すると、圧延方向断面における結晶粒の展伸度は3.0未満となる。しかし、焼鈍温度および焼鈍時間を適切な範囲に制限することにより、一部の結晶粒の展伸度が大きくなって現れる。そして、メカニズムは明らかとなっていないが、展伸度が5.0以上の結晶粒が0.01％以上の面積率で存在する場合、加工性が向上する。面積率が1.00％を超えると、逆に加工性を阻害するようになる。以上より、展伸度が5.0以上の結晶粒の面積率は0.01〜1.00％とする。
【００２８】
なお、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。また、本発明の鋼組成・製造方法によれば、形成するセメンタイト・パーライトはフェライト粒に比べて非常に小さいので、結晶粒径・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。
結晶粒の面積率は文献「JIS G 0555 附属書１」に示される点算法により測定することができる。これは鋼材中の非金属介在物の面積率測定を目的としているが、上記のような特定形状の結晶粒の面積率測定にも用いることができる。また、顕微鏡写真と任意の画像解析装置を用いて面積率を測定することも可能である。
【００２９】
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、熱間圧延前のスラブ再加熱温度を1200℃以上とし、熱間圧延を行った後に650℃未満の温度で巻き取り、次いで、一次冷間圧延を行い、引き続き、均熱温度680〜760℃、均熱時間10〜20秒で連続焼鈍を行い、次いで、20％以下の圧延率で二次冷間圧延を行うことで製造される。
【００３０】
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。
【００３１】
熱間圧延前のスラブ再加熱温度：1200℃以上
熱間圧延前の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、強度を担う固溶N量が不足となる。よって、熱間圧延前のスラブ再加熱温度は1200℃以上とする。好ましくは、1200〜1300℃である。
【００３２】
熱間圧延後の巻き取り温度：650℃未満
熱間圧延後の巻き取り温度が650℃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650℃未満とする。好ましくは、580〜620℃である。
【００３３】
一次冷間圧延
一次冷間圧延率は特に限定しないが、最終的に極薄の鋼板を得るためには一次冷間圧延の圧延率はある程度大きい必要がある。すなわち、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。したがって、一次冷間圧延率は85％超えが好ましい。さらに好ましくは、89〜92％である。
【００３４】
焼鈍
焼鈍は連続焼鈍により行い、均熱温度は680〜760℃、均熱時間は10〜20秒とする。均熱温度が680℃未満、または均熱時間が10秒未満であると、圧延方向断面における展伸度が5.0以上である結晶粒の面積率が1.00％を超えてしまい、加工性が不十分となる。また、均熱温度が760℃超え、または均熱時間が20秒超えであると、圧延方向断面における展伸度が5.0以上である結晶粒の面積率が0.01％未満となり、加工性向上の効果が得られない。
【００３５】
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、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。
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】
【００３６】
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。得られた鋼スラブに対し、表2に示す条件で再加熱し、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、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、表2に示す条件で連続焼鈍を行い、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/m2のぶりきを得た。
【００３７】
【表１】
0005810714.tif 000002
【００３８】
【表２】
0005810714.tif 000003
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、展伸度が5.0以上である結晶粒の面積率を測定した。圧延方向断面における結晶粒の展伸度は、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。
【００４２】
【表３】
0005810714.tif 000004
【００４３】
表3より、本発明例であるNo.1〜5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520MPa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。
【００４４】
一方、比較例のNo.6は、C含有量が多すぎるため、二次冷間圧延により加工性が損なわれ、破断伸びが不足している。比較例のNo.7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.8は、スラブ再加熱温度が低すぎるため、比較例のNo.9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量が多すぎ、引張強度が不足している。比較例のNo.10は、N含有量が少なすぎるため、引張強度が不足している。比較例のNo.11は、連続焼鈍の均熱温度が低すぎるため、展伸度が5.0以上である結晶粒の面積率が過大となり、破断伸びが不足している。比較例のNo.12は、連続焼鈍の均熱温度が高すぎるため、比較例のNo.13は、連続焼鈍の均熱時間が長すぎるため、いずれも展伸度が5.0以上である結晶粒の面積率が過小となり、破断伸びが不足している。比較例のNo.14は、二次冷間圧延率が大きすぎるため、加工硬化が過大となり、破断伸びが不足している。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の缶用鋼板は、520MPa以上の引張強度、7％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ピース缶胴等を低コストにて製造するための材料として最適である。