(57)【要約】【課題】  異形缶の素材として用いた時に、ストレッチャーストレインや缶胴高さの変動を発生することのない時効性と加工性に優れた缶用鋼板とその製造方法を提案する。【解決手段】  Ｃ：0.05〜0.10mass％、Mn：0.60mass％以下、Al：0.10mass％以下を含有し、Ｓ含有量に対するMn含有量の比であるMn／Ｓが30以上である鋼スラブを熱間圧延し、冷間圧延し、次いで、均熱温度が740℃以上の連続焼鈍した後、圧下率2.0％以上の調質圧延を行い、降伏伸びを0.5％以下に低減する。【選択図】    図４
2005240103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：0.05〜0.10mass％、Mn：0.60mass％以下、Al：0.10mass％以下を含有し、Ｓ含有量に対するMn含有量の比であるMn／Ｓが30以上であり、平均ｒ値が1.0以下、降伏伸びが0.5％以下であることを特徴とする缶用鋼板。
【請求項２】
Ｃ：0.05〜0.10mass％、Mn：0.60mass％以下、Al：0.10mass％以下を含有し、Ｓ含有量に対するMn含有量の比であるMn／Ｓが30以上である鋼スラブを熱間圧延し、冷間圧延し、次いで、均熱温度が740℃以上の連続焼鈍した後、圧下率2.0％以上の調質圧延を行うことを特徴とする缶用鋼板の製造方法。
【請求項３】
上記2.0％以上の圧下率は、１回もしくは２回以上の調質圧延により達成することを特徴とする請求項２に記載に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、時効性と加工性に優れる缶用鋼板に関し、特に、製缶時に拡缶等の加工を伴う飲料缶、食缶用素材に用いて好適な時効性と加工性に優れる缶用鋼板とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
飲料缶や食缶は、その構造様式により、ぶりきやティンフリースチールの缶用鋼板をプレス後、しごき加工やストレッチドロー加工等により成形された缶体と天蓋の２つの部分から構成された２ピース缶と、ロールフォーミングにより円筒状に加工した胴材をシーム溶接やナイロン系樹脂剤等で接合した胴部と天蓋および底蓋の３つの部分から構成された３ピース缶の２つに大別される。
【０００３】
上記３ピース缶の中には、意匠性を高めるため、円筒状の胴部に加工した後、この胴部にさらに拡缶加工を施した異形缶と呼ばれるものがある。この異形缶における加工部の歪量は、数％程度のものである。そのため、缶胴に用いる素材によっては、加工部分にストレッチャーストレインが発生し、外観品質を大きく劣化させるため、この缶胴に用いる素材には、ストレッチャーストレインが小さい材料が求められる。
【０００４】
一方、この拡缶加工は、胴部の高さを縮小する方向の変化を引き起こすため、２枚の胴材が重ね合わされた接合部周辺の高さが、他の部分より高くなる現象が起こる。この現象を防止するためには、素材のｒ値は低いほど好ましく、平均ｒ値が1.0以下であることが望まれる。しかし、拡缶に耐えるだけの加工性、即ち伸び特性は必要である。
【０００５】
ところで、冷延鋼板の製造工程は、製造期間の短縮や省エネルギー、省コスト化のため、従来のバッチプロセスから連続プロセスに移行している。そのため、缶用鋼板においても、従来、箱焼鈍(ＢＡＦ)で製造されていたものが連続焼鈍で製造されるようになってきている。また、箱焼鈍では、ｒ値が大きくなりやすく、平均ｒ値を1.0以下に制御するという観点からも、上記異形缶用の缶用鋼板は、連続焼鈍により製造することが望ましい。
【０００６】
さて、ストレッチャーストレインを防止するには、素材鋼板の降伏伸び(ＹＥｌ)を低減することが必要である。そのためには、降伏伸びを引き起こす原因となるＣやＮを極微量まで低減するかあるいはさらにTiやNb等の炭窒化物形成元素を添加して固溶ＣやＮを固定した極低Ｃ材を素材として用いることが有効である。しかし、この極低Ｃ材は、降伏伸びを小さくできる反面、ｒ値が高く、軟質であるがために、溶接部周辺の高さ変動を起こし易いという問題がある。
【０００７】
そのため、異形缶の材料としては、低Ｃ材を素材とせざるを得ない。低Ｃ材を素材とし連続焼鈍で製造した缶用鋼板の場合には、比較的硬質で低ｒ値の材質特性を得ることができるため、缶胴高さの変動を小さく抑制するには有利である。しかし、連続焼鈍における焼鈍温度からの急冷処理により、鋼中に固溶Ｃが大量に残存し、時効性が著しく劣化するという問題があり、ストレッチャーストレインを防止できない。この問題を解決するために、急冷処理後、過時効処理を施すことが一般に行われており、例えば、特許文献１では、250〜450℃の温度で５〜90秒間の過時効処理を施すことが開示されている。
【特許文献１】特開平８−１９３２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、この処理を行うための過時効処理帯は、自動車用鋼板等、板厚が比較的厚く、深絞り等の加工性が要求される鋼板を製造する連続焼鈍炉に設けられるのが一般的であり、缶用鋼板用の連続焼鈍ラインには、比較的長時間の過時効処理を可能とする処理帯を有しないものが多い。そのため、低Ｃ材を素材とし、過時効処理無しで製造した材料は、時効性が悪く、ストレッチャーストレインを防止することができない。
【０００９】
そのため、従来の異形缶用の缶用鋼板は、低Ｃを素材として連続焼鈍することにより低ｒ値とした後、さらに、箱焼鈍でｒ値に影響しない程度の低温短時間の焼鈍を行い、固溶Ｃを析出させて製造していた。しかし、この製造方法では、箱焼鈍に伴う製造期間の長期化、製造コストの上昇という問題を抱えていた。そのため、連続焼鈍ままで、特別な過時効処理等の熱処理を施すことなく製造できる缶用鋼板の開発が望まれていた。
【００１０】
本発明の目的は、異形缶の素材として用いた時に、ストレッチャーストレインや缶胴高さの変動を発生することのない時効性と加工性に優れた缶用鋼板とその製造方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明者らは、低Ｃ材を素材とし、連続焼鈍後、特別な熱処理を施すことなく、ストレッチャーストレインの発生を抑制できる缶用鋼板の開発に向けて鋭意検討を重ねた。その結果、素材成分を適正化した低Ｃ材を、従来よりも高温で連続焼鈍した後、さらに従来よりも高い圧下率の調質圧延を施すことにより、めっき後の状態における圧延方向に対して直角方向の降伏伸びを0.5％以下に低減すれば、拡缶加工においてもストレッチャーストレインを発生することがないことを知見し、本発明を開発した。
【００１２】
すなわち、本発明は、Ｃ：0.05〜0.10mass％、Mn：0.60mass％以下、Al：0.10mass％以下を含有し、Ｓ含有量に対するMn含有量の比であるMn／Ｓが30以上であり、平均ｒ値が1.0以下、降伏伸びが0.5％以下であることを特徴とする缶用鋼板である。
【００１３】
また、本発明は、Ｃ：0.05〜0.10mass％、Mn：0.60mass％以下、Al：0.10mass％以下を含有し、Ｓ含有量に対するMn含有量の比であるMn／Ｓが30以上である鋼スラブを熱間圧延し、冷間圧延し、次いで、均熱温度が740℃以上の連続焼鈍した後、圧下率2.0％以上の調質圧延を行うことを特徴とする缶用鋼板の製造方法を提案する。上記製造方法により、平均ｒ値が1.0以下、降伏伸びが0.5％以下の缶用鋼板を得ることができる。
【００１４】
なお、本発明における上記2.0％以上の圧下率は、１回もしくは２回以上の調質圧延により達成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、平均ｒ値が低く、降伏伸びが小さい加工性に優れる缶用鋼板を得ることができるので、ストレッチャーストレインの発生や缶胴高さの変動を低減することが可能となるので、拡缶加工を伴う異形缶の素材に用いて好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
従来、耐ストレッチャーストレイン性が要求される缶用鋼板の時効性は、めっき後の生の缶用鋼板に対して、印刷・塗装後の焼き付け処理に相当する210℃×20分の時効処理を施した後、引張試験を行い、発生した降伏伸びの大きさで評価・判定していた。しかし、低Ｃ材を素材とし、連続焼鈍で製造した耐ストレッチャーストレイン性に問題のない異形缶用の鋼板を、上記の方法で耐ストレッチャーストレイン性を評価すると、時効後の降伏伸びが５〜８％程度を示す場合もあり、実際の異形缶製造時のストレッチャーストレインとの対応が必ずしもない。
【００１７】
図１は、めっき後に時効処理を施さないいわゆる「生」の状態における降伏伸びおよび210℃×20分の時効処理後の降伏伸びと、異形缶拡缶時のストレッチャーストレインの発生との関係を示したものである。なお、ストレッチャーストレインの発生は、目視により、良(○)、やや劣(△)、劣(×)の３段階で評価した。図１から、異形缶拡缶時のストレッチャーストレインの発生は、210℃×20分時効処理後の降伏伸びの値とは相関が無く、むしろ、生の降伏伸びと相関があり、生の降伏伸びを0.5％以下にすればよいことがわかる。
【００１８】
この原因は、現在の異形缶は、めっきした缶用鋼板表面に、印刷されたフィルムや無地のフィルムをラミネートして缶胴の大きさにブランクし、その後、そのブランク材を円筒状に丸めてから溶接し、溶接部を補修する塗装後、210℃×１〜２分程度の焼き付け処理を行った後、拡缶加工し、底蓋を取り付ける工程を経て製造されている。つまり、210℃×20分の時効処理は厳し過ぎたためと考えられる。
【００１９】
そこで、生の状態における降伏伸び0.5％以下を安定して得る条件について検討した。
まず、発明者らは、降伏伸びは固溶Ｃ量に依存することから、素材のＣ含有量と生の降伏伸びとの関係を調べ、図２にその結果を示した。図２から、素材中のＣ含有量が高いほど生の降伏伸びは小さくなる傾向があることがわかる。なお、参考として、図２中には、Ｃ含有量と固溶Ｃ量との関係も示したが、固溶Ｃ量と生の降伏伸びとの間によい相関があることがわかる。
【００２０】
さらに、生の降伏伸びに及ぼす素材成分の影響を解析した結果、素材のMn／Ｓによっても生の降伏伸びは影響されることがわかった。図３は、Ｃ：0.05〜0.10mass％の缶用鋼板におけるMn／Ｓと生の降伏伸びの関係を示したもので、Mn／Ｓの値が大きい程、生の降伏伸びは小さくなる傾向が認められる。この理由は、明確ではないが、MnＳとして析出しないフリーMnがＣの固溶限を低減する効果などによるものと考えられる。
【００２１】
また、調質圧延(スキンパス圧延)の影響についても調査した。図４は、調質圧延を１回行ったもの(圧下率1.5％)と２回行ったもの(合計圧下率2.5％)に220℃の時効熱処理を施した時の、熱処理時間と降伏伸びの関係を示したものである。この図４から、２回調質圧延を行ったものは、生の降伏伸びが低いだけでなく、その後の熱処理によっても、降伏伸びの増大が抑制され、先述した溶接部の補修塗装後の焼き付け処理(210℃×１〜２分)によっても、降伏伸びは0.5％以下に抑えられることがわかった。
本発明は、上記知見に基づき開発されたものである。
【００２２】
次に、本発明の缶用鋼板の成分組成を限定する理由について説明する。
Ｃ：0.05〜0.10mass％
Ｃは、先述したように、固溶Ｃ量を低減し、ストレッチャーストレインの発生を抑制するためにも、また、ある程度の強度を確保し、拡缶時の溶接部周辺の高さ変動を抑制するためにも、高いほど好ましい。これらの効果を得るためには、0.05mass％以上である必要がある。一方、Ｃ含有量が0.10mass％を超えて高くなると、包晶反応により連続鋳造時に割れを引き起こす可能性が高まるので、上限は0.10mass％とする。好ましくは、0.060〜0.080mass％の範囲である。
【００２３】
Mn：0.60mass％以下、Mn／Ｓ：30以上
Mnは、一般に、Ｓによる熱間圧延時の割れを防止するために添加される元素であるが、本発明においては、降伏伸びを小さくし、拡缶時のストレッチャーストレインの発生を抑制するためにも必要な元素である。これらの効果を得るためには、Mnは、Ｓ含有量(mass％)に対するMn含有量(mass％)の比であるMn／Ｓ≧30を満たすように添加する必要がある。一方、Mnは、ＡＳＴＭ(A623-00)でその上限が0.60mass％と規定されており、汎用性を確保するため、その上限は0.60mass％に制限する。
【００２４】
Al：0.10mass％以下
Alは、鋼の脱酸のために添加される元素であり、鋼の清浄度を向上させるためには0.010mass％以上の含有が望ましい。しかし、含有量が多過ぎると、表面性状の劣化を招くので、その上限を0.10mass％とする。より好ましいAlの含有量は0.020〜0.070mass％の範囲である。
【００２５】
本発明においては、その他の成分は、Feおよび不可避的不純物とすることが好ましい。例えば、上記以外の成分は、通常不純物として含有される範囲であればよく、特に制限は設けないが、Si：0.020mass％以下、Ｐ：0.020mass％以下、Ｓ：0.020mass％以下、Ｎ：0.0050mass％以下の範囲であれば、本発明の効果に悪影響を及ぼさない。
【００２６】
次に、本発明の缶用鋼板の特性について説明する。
本発明の缶用鋼板は、めっき後の状態つまり生の状態における降伏伸びが0.5％以下であることが必要である。生の降伏伸びが0.5％を超える場合には、異形缶を拡缶した際、ストレッチャーストレインが発生し、外観品質を著しく損ねるからである。好ましくは、0.4％以下、より好ましくは0.3％以下である。また、本発明の缶用鋼板は、前述したように、拡缶加工後の接合部近傍の高さが、その他の部分より高くなる現象を引き起こさないようにするため、平均ｒ値が1.0以下であることが必要である。
【００２７】
次に、本発明の缶用鋼板の製造方法について説明する。
本発明の缶用鋼板は、上記成分組成に調整された鋼スラブを通常公知の条件で熱間圧延および冷間圧延した後、下記の条件で、連続焼鈍と調質圧延を行う必要がある。
連続焼鈍
連続焼鈍は、フェライト域で行う通常の焼鈍温度よりも高い740℃以上の温度で行う必要がある。740℃未満では、結晶粒の粒成長が十分ではなく、拡缶成形に必要な伸び特性を確保できないからである。特に、本願発明では比較的高圧下率の調質圧延を行うため、それによる硬質化、伸びの劣化を補償し、良好な加工性を確保する必要があるからである。一方、焼鈍温度の条件は、安定して操業を行う必要から、770℃以下に制限することが好ましい。より、好ましい焼鈍温度は、750〜760℃の範囲である。焼鈍後の冷却は、例えば、均熱温度から平均冷却速度５〜15℃/secで200℃以下まで急冷するといった通常の冷却条件でよい。後述する、高圧下率の調質圧延により、固溶Ｃによる時効性の劣化を抑制できるからである。もちろん、急冷後、過時効処理を行っても構わない。
【００２８】
調質圧延(スキンパス圧延)
調質圧延は、生の状態における降伏伸びを0.5％以下に抑制するためには、圧下率2.0％以上とする必要がある。なお、この圧下率は、通常の圧下率と比較して高めであり、１回の調質圧延では得ることができない可能性がある。その場合には、２回以上の調質圧延を行い、合計圧下率を2.0％以上とすればよい。ロール粗度等、その他の条件については、従来のままで構わない。なお、良好な加工性を確保するためには、圧下率は5.0％以下、より好ましくは3.0％以下とすることが望ましい。
【実施例１】
【００２９】
表１に示したＡ〜Ｅの鋼を溶製し、連続鋳造して鋼スラブとした後、熱間圧延し、冷間圧延して板厚：0.23mmの冷延鋼板とした。この冷延鋼板を、表２に示した各種条件で連続焼鈍を行った後、１回または２回の調質圧延を行い、その後、すずめっき処理を施し異形缶用の缶用鋼板を得た。この缶用鋼板を異形缶の胴材として缶胴とした後、最大加工部分の歪量(加工量)が2.2％である拡缶加工を行い、ストレッチャーストレインの発生状況を目視観察し、外観が良好なものを○、やや不良なものを△、不良なものを×と評価した。また、めっき後の鋼板については、圧延方向と直角な方向(Ｃ方向)からＪＩＳ ５号引張試験片を採取して、降伏応力ＹＰ、引張強さＴＳ、伸びＥｌおよび降伏伸びＹＥＬを測定し、生の状態における特性値とした。また、平均ｒ値は、めっき後の鋼板について、圧延方向(Ｌ方向)、圧延方向に対して45°方向(Ｄ方向)および圧延方向に直角な方向(Ｃ方向)からＪＩＳ ５号引張試験片を採取し、これらの試験片に10％の単軸引張歪を付与した時の各試験片の幅歪と板厚歪を測定し、これらの測定値を用いて、ＪＩＳ Ｚ ２２５４の規定に準拠して、下式により平均ｒ値(平均塑性歪比)を算出した。
平均ｒ値＝(ｒL＋２ｒD＋ｒC)／４
ここで、ｒL：Ｌ方向の試験片から求めたｒ値
ｒD：Ｄ方向の試験片から求めたｒ値
ｒC：Ｃ方向の試験片から求めたｒ値
【００３０】
【表１】
2005240103.tif 000003
【００３１】
【表２】
2005240103.tif 000004
【００３２】
上記の結果を、表２に併せて記載した。この表２の結果から、本発明の条件を満たす実施例では、拡缶後のストレッチャーストレインの発生もなく、良好な外観を有する異形缶を得ることができた。一方、本発明の条件を満たさない比較例の場合には、拡缶後、ストレッチャーストレインの発生が大きく、実用に供することはできなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の技術は、異形缶以外の飲料缶や食缶等に用いられる缶用鋼板にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】生の降伏伸びおよび時効後降伏伸びと、拡缶加工時のストレッチャーストレイン発生との関係を示すグラフである。
【図２】生の降伏伸びおよび固溶Ｃ量とＣ含有量との関係を示すグラフである。
【図３】Mn／Ｓが生の降伏伸びの及ぼす影響を示すグラフである。
【図４】１回調質圧延材と２回調質圧延材に及ぼす時効熱処理時間の影響を示すグラフである。
【図１】
2005240103.tif 000005
【図２】
2005240103.tif 000006
【図３】
2005240103.tif 000007
【図４】
2005240103.tif 000008